YK3180滾齒機傳動機構(gòu)設(shè)計【含CAD圖紙、SW三維、說明書】
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畢畢業(yè)業(yè)論論文文(設(shè)設(shè)計計)中中期期檢檢查查表表題目YK3180滾齒機傳動機構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)教師職稱學(xué)生姓名閱讀文獻數(shù)17初稿完成時間2018-05-14工 作 量較少 適中較多 出勤情況較好 一般較差 工作進度快 按進度進行慢 任 務(wù) 書有開題報告有中期工作結(jié)論中調(diào)整情況無教研室主任意見同意教研室主任(簽名)：日期：2018-04-14學(xué)院意見同意教學(xué)院長(簽名)：日期：2018-04-18
本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論
文
題
目： YK3180 滾齒機傳動機構(gòu)設(shè)計
學(xué)
專
業(yè)
班
院： 機械工程學(xué)院
級：機械設(shè)計制造及其自動化 機英 145
學(xué)
生
姓
名：
指導(dǎo)教師（職稱）：
年 1 月 12 日 填
畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）；
3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎(chǔ)上通 過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相 關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過；
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論 文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?
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一、選題依據(jù)1、研究領(lǐng)域
機械制造裝備設(shè)計、CAD
2、論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值
滾齒機傳動機構(gòu)是滾齒機重要的組成部分，是對滾齒加工原理進行實踐的關(guān)鍵。 滾齒機傳動系統(tǒng)的重點問題是構(gòu)建范成傳動鏈，該傳動鏈的精度基本上決定了機床的 加工精度。滾齒機的傳動機構(gòu)設(shè)計應(yīng)用于，將主電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)運動通過齒輪副和蝸 輪副轉(zhuǎn)化為刀具與工件所形成的嚙合運動。
滾齒機傳動機構(gòu)的設(shè)計優(yōu)劣直接決定了所加工齒輪的效率是否高、結(jié)構(gòu)是否緊 湊、工作起來是否可靠壽命長，以及所生產(chǎn)齒輪形成嚙合齒輪副的傳動比是否穩(wěn)定。 通過對滾齒機傳動機構(gòu)的設(shè)計和改良可以提高滾齒機的生產(chǎn)效率、加工精度、豐富加 工品種、減少加工成本以及減少噪音和機油等污染。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
滾齒機傳動機構(gòu)的發(fā)展可劃分為機械式滾齒機和數(shù)控滾齒機兩個階段。傳統(tǒng)的機 械傳動式滾齒機，其特征為各主軸采用機械傳動形式，包括差動、分齒、工件軸、滾 刀軸和進給等。工作時，滾刀裝在滾刀主軸上，由主電動機通過齒輪副和蝸輪副驅(qū)動 作旋轉(zhuǎn)運動；刀架可沿立柱導(dǎo)軌垂直移動，還可繞水平軸線調(diào)整一個角度。工件裝在 工件軸上，由分度蝸輪副帶動旋轉(zhuǎn)，與滾刀的運動一起構(gòu)成展成運動。滾切斜齒時， 差動機構(gòu)使工件作相應(yīng)的附加轉(zhuǎn)動。工作臺(或立柱)可沿床身導(dǎo)軌移動，以適應(yīng)不同 工件直徑和作徑向進給。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了 1～3 軸數(shù)控化的滾齒機，其中的一部分軸采用伺服電機數(shù)字化控制。
現(xiàn)在市場上滾齒機按傳動方式分類有下列幾種：
（1） 齒輪傳動數(shù)控滾齒機，隨著刀具技術(shù)的發(fā)展，切削線速度有了很大的提高， 為適應(yīng)刀具的高速切削要求，出現(xiàn)了工件軸和滾刀軸采用齒輪副傳動的數(shù)控滾齒機， 速度有很大的提高。這種數(shù)控滾齒機的工件軸由于使用了齒輪副，速度不再受蝸桿線 速度的影響而提高了很多，在加工少齒數(shù)齒輪時有優(yōu)勢，適合使用普通滾刀或鈷高速 鋼滾刀。但是機械傳動環(huán)節(jié)的存在限制其滾刀線速度的提升，在刀具適應(yīng)性上有一定 局限，而且也不能適應(yīng)干式切削的需要。為提高傳動剛性和精度，工作臺齒輪副往往 采用雙齒輪消隙的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)對于對傳動精度十分敏感的滾齒機來說，傳動系統(tǒng) 的缺陷是致命的，會造成加工精度的不穩(wěn)定。
（2） 直驅(qū)式全數(shù)控滾齒機，這種滾齒機以全直驅(qū)技術(shù)的利用為特征，工件軸和滾刀軸的分別使用電主軸和力矩電機直接驅(qū)動，取消了全部機械傳動鏈，實現(xiàn)了真正 意義的全閉環(huán)控制。直驅(qū)技術(shù)的使用，保證了高速度；電子齒輪箱和無機械間隙的零 傳動，保證了高精度。零傳動滾齒機突破了傳統(tǒng)齒輪加工機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，是齒 輪
機床設(shè)計技術(shù)的重大變革。
（3） 蝸輪副傳動數(shù)控滾齒機，這種滾齒機的工件軸和滾刀軸等采用傳統(tǒng)的蝸桿蝸輪副傳動，傳動鏈大大縮短，分齒和差動運動取消了傳統(tǒng)滾齒機的掛輪，代之以數(shù)控系統(tǒng)的“電子齒輪箱（EGB）”，精度有所提高，但由于受蝸輪傳動的限制，速度依然較低。這種數(shù)控滾齒機有 4 軸數(shù)控（型號通常標(biāo)示為 YK31xxCNC4）、5 軸數(shù)控（型號通常標(biāo)示為YK31xxCNC5）、6 軸數(shù)控（型號通常標(biāo)示為 YK31xxCNC6）。4 軸數(shù)控滾齒機的數(shù)控軸通常是滾刀旋轉(zhuǎn)、工作臺旋轉(zhuǎn)、徑向進給、軸向進給；5 軸數(shù)控滾齒機的數(shù)控軸通常是在 4 軸數(shù)控滾齒機的基礎(chǔ)上增加一個切向進給；6 軸數(shù)控滾齒機則對滾齒機所必須的 6 個運動軸都實現(xiàn)了數(shù)字控制，稱為全數(shù)控滾齒機。全數(shù)控滾齒機可以實現(xiàn)加工非圓齒輪、復(fù)合加工功能。
（4） 直線軸數(shù)控滾齒機，這是國內(nèi)數(shù)控滾齒機市場上的主流產(chǎn)品。它是在傳統(tǒng)機械式滾齒機的基礎(chǔ)上，將徑向進給和軸向進給數(shù)控化（2 軸），或?qū)较蜻M給、軸向進給和竄刀三個運動數(shù)控化（3 軸），實現(xiàn)了自動循環(huán)，并且可以加工鼓形齒，或進行自動竄刀。但分齒和差動保留了機械式滾齒機的全部傳動鏈，在加工精度和生產(chǎn)效率 上沒有顯著變化。
近年來，許多公司為了 ISO14000 認證來適應(yīng)國際環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，在各國環(huán)境安全得到越來越多的重視，因此，無油煙加工技術(shù)的需求越來越迫在眉睫。滾齒機作為使用 最廣泛的齒輪加工機床，占用整個齒輪加工機床的 45％左右，其在加工產(chǎn)生的油煙環(huán)境污染也特別突出。隨著科學(xué)的進步和技術(shù)的發(fā)展，新型刀具材料和涂層材料的出現(xiàn)， 特別是大功率直驅(qū)高速主軸和其它新型技術(shù)的應(yīng)用。干切滾齒技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用并且 成熟。它不但改善環(huán)境，而且大大提高了加工效率，降低了成本，目前，干切滾齒技 術(shù)已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的濕切滾齒。濕式滾齒的冷卻液產(chǎn)生廢油同時產(chǎn)生廢氣污染環(huán) 境。干切滾齒不僅可以解決這個問題，也可以提升加工效率，進而降低單件零件成本。 使用粉末冶金高速鋼滾刀時，干切滾齒的線速度可以達到濕式滾齒的 1.5 到 2 倍,根
據(jù)工件切削性能和模數(shù)的不同可以達到 130 到 280 米/分鐘。干切滾齒首先不需要冷卻液,不需添加冷卻液，可以省去冷卻液成本，不需冷卻泵或油過濾裝置。其次，不 需要去除油霧，沒有健康危害。再次,零件清潔，省去清洗或烘干零件的費用，無環(huán) 境污染。綜上所述，干式滾齒機提高了加工效率近 25%，降低約 15%的成本。
未來發(fā)展趨勢:
（1） 全數(shù)控化
（2） 零傳動
（3） 高速、高精度
（4） 環(huán)?；?
（5） 集成化
（6） 網(wǎng)絡(luò)化
二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題
（1） 滾齒機傳動機構(gòu)的方案設(shè)計；
（2） 滾齒機傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） 設(shè)計思路：
（1) 確定課題的研究目的，研究內(nèi)容，以及目前的研究概況及其發(fā)展；
（2) 電動機的選擇：確定滾齒機的主要參數(shù)，確定相關(guān)電動機的主要參數(shù)；
（3) 滾齒機傳動機構(gòu)的工作原理及主要組成，進行滾齒機傳動機構(gòu)的設(shè)計過程概述，確定傳動機構(gòu)的選擇及其驅(qū)動方式；
（4) 進行傳動機構(gòu)主要零件的設(shè)計計算及其校核：齒輪設(shè)計、絲杠螺母設(shè)計、傳動軸的校核與計算等；
（5) 設(shè)計出滾齒機傳動機構(gòu)的整體裝配圖。
3. 本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果
（1） 一套完整的傳動機構(gòu)的裝配圖及零件圖；
（2） 一份傳動機構(gòu)的說明書；
（3） 一篇外文文獻翻譯。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）
（1) 查閱、整理參考文獻，學(xué)習(xí)掌握滾齒機傳動機構(gòu)的工作原理，進行滾齒機傳動機構(gòu)方案設(shè)計。
（2) 滾齒機傳動機構(gòu)設(shè)計、選型、校核計算。設(shè)計參數(shù)：
主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)及轉(zhuǎn)速范圍：8 級，40~200r/min 主電動機功率及同步轉(zhuǎn)速：N=5.5kw，1500r/min
2. 論文（設(shè)計）進度計劃
第 1~4 周 明確畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，查閱參考文獻并分析有關(guān)資料撰寫開題報告。第 5 周 擬定滾齒機傳動機構(gòu)設(shè)計方案。
第 6~9 周 完成滾齒機傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，進行主要零件的設(shè)計及其計算校核。第 10~12 周 繪制滾齒機傳動機構(gòu)的組件圖。
第 13 周 書寫畢業(yè)設(shè)計說明書，翻譯與本設(shè)計相關(guān)的英文文獻。第 14 周 完善畢業(yè)設(shè)計的各項內(nèi)容。
四、需要閱讀的參考文獻
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附：文獻綜述
文獻綜述
一、設(shè)計滾齒機傳動機構(gòu)的目的和意義
通過去滾齒機傳動機構(gòu)的設(shè)計可以去改良過去傳統(tǒng)的機械傳動方式，以此提高加 工精度、加工效率。齒輪品種規(guī)格繁多、使用量大面廣，是汽車、航空、工程機械、 日常工具及國防工業(yè)等領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)部件之一。齒輪的生產(chǎn)制造在裝備制造業(yè)中占 用十分重要的地位，其性能不僅與國家工業(yè)發(fā)展息息相關(guān)，也與日常生活密不可分。 齒輪加工機床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度大，是裝備制造業(yè)中的重要基礎(chǔ)裝備。根據(jù)加工原 理，齒輪加工方法主要有成形法和展成法（范成法）。成形法加工時沒有齒輪嚙合運 動，加工精度很低；展成法加工時齒輪刀具與被加工齒輪之間有嚙合運動，包絡(luò)出被加工齒輪的齒廓（齒面），且生產(chǎn)效率和加工精度較高，常見的有滾齒、插齒、剃齒
（屬精加工），其中滾齒加工應(yīng)用最為廣泛。在滾齒機上可切削直齒、斜齒圓柱齒輪，還可加工花鍵、蝸輪、鏈輪等。滾齒機的擁有量約占齒輪機床總量的 45~50%。
黃河 4、劉福華 4 等人提出雖然到上世紀(jì) 70 年代末，我國已基本形成了完整的齒輪制造體系，但設(shè)計制造水平不高，與國外先進制造水平還有較大差距。近年來，我 國齒輪產(chǎn)業(yè)已超越意大利躍居全球第四，但產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性矛盾突出、產(chǎn)能過剩、自主創(chuàng) 新能力不足等問題突出。隨著制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，工業(yè)化與信息化的融合逐步加深， 出來行業(yè)必將呈現(xiàn)出設(shè)計信息化、裝備智能化、流程自動化、管理現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢， 齒輪制造企業(yè)將逐步從規(guī)模速度型轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新效益型。
二、滾齒機傳動機構(gòu)的分類及構(gòu)成
根據(jù)傳動方式的不同滾齒機可以分為以下幾類：
直線軸數(shù)控滾齒機，這是國內(nèi)數(shù)控滾齒機市場上的主流產(chǎn)品。它是在傳統(tǒng)機械式滾齒機的基礎(chǔ)上，將徑向進給和軸向進給數(shù)控化（2 軸），或?qū)较蜻M給、軸向進給和竄刀三個運動數(shù)控化（3 軸），實現(xiàn)了自動循環(huán)，并且可以加工鼓形齒，或進行自動竄刀。但分齒和差動保留了機械式滾齒機的全部傳動鏈，在加工精度和生產(chǎn)效率上沒有 顯著變化。
蝸輪副傳動數(shù)控滾齒機，這種滾齒機的工件軸和滾刀軸等采用傳統(tǒng)的蝸桿蝸輪副 傳動，傳動鏈大大縮短，分齒和差動運動取消了傳統(tǒng)滾齒機的掛輪，代之以數(shù)控系統(tǒng)的“電子齒輪箱（EGB）”，精度有所提高，但由于受蝸輪傳動的限制，速度依然較低。
齒輪傳動數(shù)控滾齒機，隨著刀具技術(shù)的發(fā)展，切削線速度有了很大的提高，為適 應(yīng)刀具的高速切削要求，出現(xiàn)了工件軸和滾刀軸采用齒輪副傳動的數(shù)控滾齒機，速度 有很大的提高。這種數(shù)控滾齒機的工件軸由于使用了齒輪副，速度不再受蝸桿線速度 的影響而提高了很多，在加工少齒數(shù)齒輪時有優(yōu)勢，適合使用普通滾刀或鈷高速鋼滾 刀。但是機械傳動環(huán)節(jié)的存在限制其滾刀線速度的提升，在刀具適應(yīng)性上有一定局限， 而且也不能適應(yīng)干式切削的需要。為提高傳動剛性和精度，工作臺齒輪副往往采用雙 齒輪消隙的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)對于對傳動精度十分敏感的滾齒機來說，傳動系統(tǒng)的缺陷 是致命的，會造成加工精度的不穩(wěn)定。
直驅(qū)式全數(shù)控滾齒機，這種滾齒機以全直驅(qū)技術(shù)的利用為特征，工件軸和滾刀軸 的分別使用電主軸和力矩電機直接驅(qū)動，取消了全部機械傳動鏈，實現(xiàn)了真正意義的 全閉環(huán)控制。直驅(qū)技術(shù)的使用，保證了高速度；電子齒輪箱和無機械間隙的零傳動， 保證了高精度。零傳動滾齒機突破了傳統(tǒng)齒輪加工機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，是齒輪機床 設(shè)計技術(shù)的重大變革。
在滾齒機的傳動機構(gòu)中，譚偉明 1 曾提出滾齒加工是利用螺旋齒輪嚙合原理進行
切削的，滾刀的實質(zhì)就是一個蝸桿，而工件就是與之相嚙合的齒輪。滾齒時，滾刀與
工件在一定的速度比下做展成運動，同時相對于工件全齒寬做軸向進給運動。通過調(diào) 整嚙合速度比，只需一把刀具就能加工出模數(shù)相同而齒數(shù)不同的齒輪。用不同齒形的 滾刀還可加工蝸輪、鏈輪、花鍵、擺線齒輪等各種齒形的齒輪。滾齒機在加工時一般 同事進行三種運動：切削運動，即滾刀的回轉(zhuǎn)運動；展成運動，即分齒運動；垂直進 給運動，即滾刀沿齒柸軸線的走刀運動。其中，分齒傳動誤差直接影響切齒精度。 三、滾齒機傳動機構(gòu)在國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
譚偉明 1 提出混合驅(qū)動是英國利物浦科技大學(xué)的 Jones 和 Tokuz 于創(chuàng)建的研究領(lǐng)域。根據(jù)傳統(tǒng)機構(gòu)和可控機構(gòu)各自的特點 Jones 和Tokuz 提出了一種全新的機械系統(tǒng)“Hybrid Machine”（中文譯名為“混合驅(qū)動機構(gòu)”）這種機械同時具有兩類機構(gòu)的特點。Jones 和 Tokuz 通過理論和實驗結(jié)果驗證了這類機構(gòu)的特性 其結(jié)論是：全伺服驅(qū)動機構(gòu)的柔性較大，幾乎能夠滿足各種運動規(guī)律要求。但現(xiàn)有的伺服電機功率較小， 全伺服驅(qū)動機構(gòu)很難適應(yīng)較大功率需求的情況。在實現(xiàn)升-降輸出運動時，混合驅(qū)動 機構(gòu)對伺服電機的功率需求比全伺服驅(qū)動機構(gòu)對伺服電機的功率需求要小得多。
目前國外近年來在小模數(shù)齒輪加工方面，各齒輪生產(chǎn)廠家已開發(fā)出了滾刀軸和齒 坯軸直接驅(qū)動式滾齒機，采用滾刀軸和齒坯軸直接驅(qū)動的方式減少了滾齒加工傳動鏈 的關(guān)鍵部件，從而避免了由傳動裝置所產(chǎn)生的累積誤差。目前國外主要滾齒機廠家的 高速干式滾齒切削加工發(fā)展迅速。采用高速干式切削的滾齒刀具壽命提高了 2 倍，刀具成本降低了 38%，加工效率變?yōu)樵瓉淼?3 倍，單個齒輪加工的成本減少了 40%。黃河 4、劉福華 4 等人提出經(jīng)過 100 多年的發(fā)展，發(fā)達國家的滾齒加工技術(shù)及其設(shè)備日趨成熟和完備。其滾齒傳動機構(gòu)最大特點是采用無冷卻液的干式切削工藝和全直驅(qū)動技 術(shù)的應(yīng)用。在歐洲，以德國 Liebherr 公司為代表，其典型的 LC 系列產(chǎn)品滿足了不同行業(yè)、不同規(guī)格齒輪加工的需求，如 LC82、LC122、LC182、LC282、LC382 等系列機床適用于輕型車、微型車、轎車行業(yè)對齒輪加工設(shè)備的需要；LC502、LC802、LC1000 等系列機床適用于重型汽車、起重運輸、電梯業(yè)對齒輪加工設(shè)備的需要。在美洲，以 美國 Gleason-Pfauter-Hurth 合資公司的 GP/PE 系列產(chǎn)品為代表，如 GP130、GP200、GP300、GP200S、GP300G、PE300、PE500。其最大特點是采用無冷卻液的干式切削工 藝和全直驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用。在亞洲，以日本 Mirsubishi 公司的 GD 系列機床為代表， 其 GD10CNC、GD20CNC、GD30CNC 等適用于輕型車、微型車、轎車行業(yè)對齒輪加工設(shè)備的需要。
我國國內(nèi)目前，傳統(tǒng)的機械式滾齒機仍然占據(jù)國內(nèi)滾齒機市場的主體，這類滾齒
機的傳動完全由內(nèi)聯(lián)的機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)且種類齊全。滾刀和齒坯的同步運動，通常需要 經(jīng)過多級齒輪和蝸輪蝸桿機構(gòu)的傳動來實現(xiàn)。這就導(dǎo)致機械結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，調(diào)節(jié)和維 護特別的困難，同時也降低了加工的精度。我國滾齒機傳動機構(gòu)大部分采用傳統(tǒng)的機 械式傳動，緣由于制造業(yè)起步較晚，整體技術(shù)水平落后于國外 10~20 年。雖然 20 世紀(jì) 90 年代以來，國內(nèi)數(shù)控滾齒機有了較大發(fā)展和提高，但大多是在傳統(tǒng)滾齒機基礎(chǔ)上進行數(shù)控化改造，在機床動/靜剛性、整體傳動精度、數(shù)控系統(tǒng)可靠性等方面與國 外先進產(chǎn)品有較大差距，總體水平屬中低檔。國內(nèi)滾齒機廠家主要有重慶機床廠和南 京第二機床廠，前者滾齒機市場占有率達 60%以上。YS3120CNC 等為代表的六軸四聯(lián)動數(shù)控高速滾齒機代表了國內(nèi)滾齒機的先進水平，其滾刀主軸轉(zhuǎn)速（1200r/min）、徑向快速移動速度（3000mm/min）、切向快速移動速度（2000mm/min）、軸向快速移動速度（3000mm/min）等參數(shù)，一級加工性能、配置條件、可靠性等方面與國外先進水平 仍有較大差距，相當(dāng)于國外 20 世紀(jì) 90 年代后期的水平。國內(nèi)最大的發(fā)展是采用數(shù)控直接驅(qū)動來實現(xiàn)滾齒機的各個交換掛輪之間的傳動功能。通過交流伺服電機直接驅(qū)動 減速齒輪和多對絲杠來控制機床運動。另一方面，實現(xiàn)了由交流伺服電機驅(qū)動 2~3 對減速齒輪來實現(xiàn)滾刀的轉(zhuǎn)動。大多數(shù)的滾齒機仍舊采用幾對高精度的齒輪副和一對蝸
輪蝸桿來實現(xiàn)工作臺的回轉(zhuǎn)運動。由于滾齒機存在著如此多的傳動元件，而且每個傳 動元件的制造和安裝精度對滾齒機的加工精度影響很大，復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)使得調(diào)整和 維修難度增大。例如，重慶機床廠在 2000 年通過驗收的 YKS3120 四個軸聯(lián)動的高速數(shù)控滾齒機，已經(jīng)被列入了國家重大技術(shù)裝備的創(chuàng)新項目，被看作是國內(nèi)尖端滾齒機 發(fā)展的一個里程碑。但是該機床的運轉(zhuǎn)仍就是依靠傳動絲杠副和齒輪副來實現(xiàn)。因此， 通過伺服直接驅(qū)動技術(shù)來簡化圓柱齒輪滾齒機的傳動機構(gòu)，從而提高齒輪的加工精度 就顯得極為迫切。雖然我國在數(shù)控高速滾齒機加工領(lǐng)域仍然落后，但十幾米的國產(chǎn)特 大型滾齒機已具有世界水平。
四、未來發(fā)展趨勢
通過對國內(nèi)、外滾齒機和滾齒加工技術(shù)的研究,劉潤愛 3、張根保 3 論述滾齒和滾齒加工技術(shù)正朝著全數(shù)控、零傳動、高速、高精度、環(huán)?；⒓苫?、智能化及網(wǎng)絡(luò) 化方向發(fā)展。
1. 全數(shù)控化
所謂的全數(shù)控化,指不僅滾齒機的各軸進給運動是數(shù)控的,而且機床的展成運動 和差動運動也是數(shù)控的,即機床的各運動軸進行 C N C 控制及軸間實現(xiàn)聯(lián)動。
2. 零傳動
“零傳動”即直接驅(qū)動,由電機直接驅(qū)動滾刀、回轉(zhuǎn)工作臺及直線進給系統(tǒng),完全 取消所有機械傳動環(huán)節(jié),實現(xiàn)動力源對機床工作部件的直接傳動,傳動鏈的長度為零。
3. 高速、高精度
滾齒機的高速化,主要是指機床擁有高的刀具主軸轉(zhuǎn)速和高的工作臺轉(zhuǎn)速,它們 是影響切削效率的主要指標(biāo)。傳統(tǒng)機械滾齒機的滾刀主軸轉(zhuǎn)速最高為 500r/min,工作臺轉(zhuǎn)速最高為 32r/min。電主軸和大扭矩同步力矩伺服電動機的應(yīng)用使刀具主軸和工作臺轉(zhuǎn)速得到提高。
4. 環(huán)?；?
不使用切削液的干切削已成為改善生態(tài)環(huán)境,降低生產(chǎn)成本的有效措施,也是實 現(xiàn)清潔化生產(chǎn)的一條重要途徑。國內(nèi)、外著名的齒輪加工機床制造商及齒輪刀具制造 商,均把研制滿足環(huán)保要求的干式切削機床和刀具作為產(chǎn)品開發(fā)的一項首要任務(wù)。有 的機床甚至不采用液壓油及循環(huán)潤滑油,實現(xiàn)綠色制造及清潔加工。
5. 集成化
齒輪機床(特別是大型齒輪機床)有集多種工藝于一體的趨勢。如 HURIT 公司的WF3500 滾齒機,將滾齒、插齒(包括插內(nèi)齒輪)、磨齒和齒輪檢測集于一體,工件一次裝夾,只需更換切削頭,就可實現(xiàn)相應(yīng)的齒輪加工功能,同時還可以對加工過程中的齒輪 進行檢測,以決定加工用量。
6. 網(wǎng)絡(luò)化
數(shù)控系統(tǒng)的通訊聯(lián)網(wǎng)功能不斷加強。開放的 CNC 系統(tǒng)可以方便地進人各級通用網(wǎng)絡(luò),從而可以柔性地實現(xiàn) DNC、FMS、CIMS 和FA(自動化工廠)。NC 技術(shù)使 FMS 和CIMS 成為可能;FMS 和 CIMS 的發(fā)展反過來要求 CNC 系統(tǒng)應(yīng)具有通訊和聯(lián)網(wǎng)功能,以便實現(xiàn)CIM 環(huán)境中的信息集成和系統(tǒng)管理。
7. 智能化
由于計算機技術(shù)及數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,智能技術(shù)也逐漸用于高性能數(shù)控齒輪機床中, 具體表現(xiàn)在:
l)完成加工質(zhì)量與加工過程智能控制。2)智能診斷。
畢業(yè)論文（設(shè)計）
題目名稱： YK3180滾齒機傳動機構(gòu)設(shè)計
所在學(xué)院：
機械工程學(xué)院
專業(yè)（班級）：
機械設(shè)計制造及其自動化機英145
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
評閱人：
院 長 ：
YK3180滾齒機傳動機構(gòu)設(shè)計
總計：畢業(yè)論文： 44 頁
表 格： 3 表
插 圖： 10 幅
指導(dǎo)教師：
評 閱 人：
完成時間：
摘 要
滾齒機傳動機構(gòu)是構(gòu)成滾齒機的重要組成部分，是對滾齒加工原理進行實踐的關(guān)鍵機構(gòu)。滾齒機傳動系統(tǒng)設(shè)計的重點問題是構(gòu)建范成傳動鏈，該傳動鏈的精度從根本上決定了機床的加工精度。
本文主要完成了YK3180滾齒機傳動機構(gòu)的設(shè)計計算。以闡述課題研究的主要內(nèi)容和滾齒機傳動機構(gòu)的現(xiàn)狀、未來的發(fā)展趨勢開始，對比分析了滾齒機傳動機構(gòu)的多種設(shè)計方案，并且找出了最佳方案，最后對滾齒機傳動機構(gòu)部分進行了設(shè)計計算。滾齒機的傳動機構(gòu)設(shè)計是將主電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)運動通過齒輪副和蝸輪副轉(zhuǎn)化為刀具與工件所形成的嚙合運動。在設(shè)計過程中主要采用機械傳動方式，基本上包含了各種比較典型和常用的機械傳動，如：帶傳動、圓柱齒輪傳動、斜齒輪傳動等。總體結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用了分離式傳動，能夠比較直觀地反映出齒輪滾齒加工的特點。
依靠對滾齒機傳動機構(gòu)的設(shè)計和改良可以提高滾齒機的生產(chǎn)效率、加工精度、豐富加工品種、減少加工成本以及減少噪音和機油等污染。通過對傳統(tǒng)的滾齒機傳動機構(gòu)進行改進和優(yōu)化，使得此種類型的滾齒機傳動機構(gòu)的使用范圍更廣泛，更加靈活，并且對今后的選型設(shè)計工作有一定的參考價值。
關(guān)鍵詞：滾齒機；傳動機構(gòu)；主傳動
I
ABSTRACT
The gear hobbing mechanism is an important part of the hobbing machine and it is the key mechanism for the hobbing principle. The key problem in the design of the gear hobbing machine drive system is to build a model gear chain. The accuracy of this drive chain fundamentally determines the machining accuracy of the machine tool.
This article mainly completes the design and calculation of YK3180 gear hobbing mechanism. In order to elaborate the main contents of the research and the status quo of the gear hobbing mechanism and the future development trend, a variety of design schemes for the gear hobbing mechanism were compared and analyzed, and the best solution was found. Finally, the design of the gear hobbing mechanism was performed. . The gear mechanism design of the gear hobbing machine is to convert the rotational motion driven by the main motor into the meshing motion formed by the tool and the workpiece through the gear pair and the worm gear pair. In the design process, mechanical transmission is mainly adopted, basically including various typical and commonly used mechanical transmissions, such as belt transmission, cylindrical gear transmission, and helical gear transmission. The overall structure design uses a separate transmission, which can intuitively reflect the characteristics of gear hobbing.
Relying on the design and improvement of the gear hobbing machine's transmission mechanism, it can improve the hobbing machine's production efficiency, processing accuracy, rich processing varieties, reduce processing costs and reduce noise and oil and other pollution. Through the improvement and optimization of the traditional gear hobbing machine transmission mechanism, this kind of gear hobbing machine transmission mechanism has a wider range of use, more flexibility, and has certain reference value for the future selection and design work.
Key Words：gear machining；transmission organization；main drive
I
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
1.1 本設(shè)計的研究意義及目的 1
1.2 滾齒機目前研究的概況和發(fā)展趨勢 1
2 傳動機構(gòu)方案設(shè)計 3
2.1 滾齒加工原理選擇 3
2.2 范成運動分解及各方案選擇 4
2.3 各選擇方案分析 5
2.4 主傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖及傳動示意圖 7
2.5 計算滾刀的速度和功率并選擇電動機 8
3 滾齒機傳動部分相關(guān)計算 11
3.1 機床傳動系統(tǒng)分析 11
3.2 主傳動鏈的計算 12
3.3 帶輪的設(shè)計計算 15
3.4 齒輪材料的選擇和校核 16
3.5 軸的校核 22
4 結(jié) 論 27
參 考 文 獻 28
附錄1：外文翻譯 29
附錄2：外文原文 31
致 謝 34
1 緒論
1.1 本設(shè)計的研究意義及目的
滾齒機傳動機構(gòu)的設(shè)計是制造滾齒機的關(guān)鍵組成部分，是對滾齒加工原理（即范成法齒輪制造）進行實踐的重要機構(gòu)。滾齒機傳動系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容是構(gòu)建范成傳動鏈，該傳動鏈的精度從根本上決定了機床的加工精度。滾齒機的傳動機構(gòu)設(shè)計應(yīng)用的體現(xiàn)，是將主電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)運動通過齒輪副和蝸輪副轉(zhuǎn)化為刀具與工件所形成的嚙合運動。
依靠對滾齒機傳動機構(gòu)的設(shè)計優(yōu)劣，將直接決定了所加工齒輪的效率是否高、結(jié)構(gòu)是否緊湊、工作起來是否可靠且壽命長，以及所生產(chǎn)齒輪形成嚙合齒輪副的傳動比是否穩(wěn)定。通過對滾齒機傳動機構(gòu)的設(shè)計和改良可以提高滾齒機的生產(chǎn)效率、加工精度、豐富加工品種、減少加工成本以及減少噪音和機油等污染。
1.2 滾齒機目前研究的概況和發(fā)展趨勢
滾齒機的研究可劃分成兩個階段：機械式滾齒機和數(shù)控滾齒機。前者機械傳動式滾齒機，其特征為各主軸采用機械傳動形式，包括差動、分齒、工件軸、滾刀軸和進給等。工作時，滾刀安裝至滾刀主軸，由主電動機通過齒輪副和蝸輪副驅(qū)動作旋轉(zhuǎn)運動；刀架可沿立柱導(dǎo)軌垂直移動，還可繞水平軸線調(diào)整一個角度。工件裝在工件軸上，由分度蝸輪副帶動旋轉(zhuǎn)，與滾刀的運動一起構(gòu)成展成運動。滾切斜齒時，差動機構(gòu)使工件作相應(yīng)的附加轉(zhuǎn)動。工作臺(或立柱)可沿床身導(dǎo)軌移動，以適應(yīng)不同工件直徑和作徑向進給。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了1～3軸數(shù)控化的滾齒機，其中的一部分軸采用伺服電機數(shù)字化控制，由此便產(chǎn)生了數(shù)控滾齒機的出現(xiàn)。
滾齒機傳動設(shè)計的研究可分為機械滾齒機和數(shù)控滾齒機兩個階段。前一種機械傳動式滾齒機的特征在于，每個主軸采用機械傳動方式，包括工件軸、滾刀軸、差動、分齒、和進給等等。在運行過程中，滾刀安裝在滾刀主軸上，主電機由齒輪副和蝸輪副驅(qū)動形成旋轉(zhuǎn)運動；刀架可以在立柱導(dǎo)軌進行垂直移動，也可以通過水平軸調(diào)整角度。工件安裝在工件軸上并由分度蝸輪副進行回轉(zhuǎn)運動，該分度蝸桿副隨著滾刀的運動一起構(gòu)成展成運動。當(dāng)滾切斜齒輪時，差動機構(gòu)使工件進行附加的旋轉(zhuǎn)。工作臺（或立柱）可以沿床軌道移動，使其達到不同的工件直徑和徑向進給。后一種數(shù)控傳動式滾齒機，在伴隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了1至3軸數(shù)控滾齒機。一些軸已由伺服電機進行數(shù)字控制。這便產(chǎn)生了數(shù)控滾齒機的出現(xiàn)。
未來發(fā)展趨勢:
隨著時代在不斷發(fā)展、生產(chǎn)技術(shù)在不斷創(chuàng)新，生產(chǎn)企業(yè)對滾齒機的效率和可靠性的要求日益提高。此外，高質(zhì)量和高度的數(shù)字化是所有生產(chǎn)者的關(guān)鍵考慮因素，因為其數(shù)字化程度越高，其生產(chǎn)效率越快。而生產(chǎn)效率、可靠性是產(chǎn)品的必備要求，因此滾齒機的發(fā)展方向會朝向更快。更精密的方向發(fā)展。同時，在市場競爭和環(huán)保理念的引導(dǎo)下，滾齒機將繼續(xù)向以下方向發(fā)展：
首先，隨著陶瓷，金屬陶瓷，氮化硅陶瓷等新型刀具材料的出現(xiàn)，使高速切削有了更大的發(fā)展空間，為提高切削效率增加了可能性，使其可以朝向更快更高的方向發(fā)展。其次，滾齒機技術(shù)所采用使用的材料具有更高的精度，使得滾齒機的精密度得以提高。同時，數(shù)控系統(tǒng)的智能化也不斷升級，包括數(shù)控系統(tǒng)的各個方面。再有，通過“零傳動”技術(shù)，即直接驅(qū)動，使電機將動力直接供給到滾刀旋轉(zhuǎn)、工件軸回轉(zhuǎn)、進給運動等各個方面，最為有效的簡化了機械傳動的結(jié)構(gòu)，使?jié)L齒機的動靜剛度得以提高，為其設(shè)計重構(gòu)及發(fā)展方向提供了更大的空間。
技術(shù)層面實現(xiàn)后需要考慮其帶來的環(huán)境影響，為了達到生態(tài)平穩(wěn)和生產(chǎn)綠色環(huán)保，采用干式切削，取消使用切削油是未來滾齒機發(fā)展的必要趨勢。干式切削滾齒機可分為高速干式滾齒機和低溫冷風(fēng)式滾齒機兩種。隨著生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)能力的不斷提高，新型的刀具材料，使得高速切削實現(xiàn)，這位干式切削奠定了基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)濕式切削相比，干式切削的切削速度快，所以效率更高，同時沒有廢棄切削油的使用，生產(chǎn)環(huán)境的質(zhì)量得以改善。也正是基于這樣的優(yōu)勢，伴隨的人們環(huán)保理念的不斷提高，生產(chǎn)商對于干式切削技術(shù)的青睞也會越來越多。近年來，國內(nèi)外的滾齒機生產(chǎn)廠商對于高速干式的切削技術(shù)不斷追求，這也是使干切削成為主流的一大重要因素。
2 傳動機構(gòu)方案設(shè)計
2.1 滾齒加工原理選擇
成形法（即仿形法）。利用成形刀具加工齒輪的方法叫做成型法，所切齒輪的齒槽形狀由切削刃的形狀決定。比如利用盤形銑刀和指狀銑刀通過銑床加工銑削齒輪，或者用刨床和插床的成形刀具在其機床上刨削加工齒輪等。這種成形法的優(yōu)點在于利用普通機床就可以加工生產(chǎn)，不需要專門設(shè)計專用的機床。根據(jù)齒輪的齒廓為漸開線這一標(biāo)準(zhǔn)，通過不同的廓形來決定齒輪的基圓直徑，漸開線齒廓的形狀不同，那么對于相同模數(shù)的齒輪，它的齒數(shù)也是不同的，必須依靠使用不同的成形刀具來進行生產(chǎn)。這也是這種方法的弊端所在。
展成法（即范成法）。在加工過程中刀具和工件能夠形成像齒輪嚙合那樣的運動形式，并且可以嚴(yán)格的進行嚙合運動，這樣的加工方法稱為展成法。通過這樣的方法，可以在工件上加工切出齒廓。由于齒輪嚙合副正常嚙合的條件是模數(shù)形同，故展成法加工齒輪所用刀具切削刃的漸開線廓形僅與刀具本身的齒數(shù)相關(guān)，而與被切齒輪的齒數(shù)無關(guān)。因此，相同模數(shù)不同齒數(shù)的齒輪，只需要通過一把刀具就可以加工出。
因為我們所設(shè)計的是YK3180滾齒機，所以選擇展成法（即范成法）作為加工原理，從而設(shè)計出相關(guān)的傳動機構(gòu)。
圖2.1 范成法加工原理圖
2.2 方案設(shè)計選擇
圖2.2 范成運動功能分解圖
圖2.3 主傳動方案選擇圖
圖2.4 動力裝置方案選擇圖
2.3 方案比較分析
2.3.1 主傳動方案分析
表2.1 各主傳動方案分析表
傳 動 簡 圖
方 案 特 點
帶傳動
穩(wěn)定，柔性好，不剛硬，構(gòu)件工作穩(wěn)定，傳動比較平穩(wěn)，多用于動力的轉(zhuǎn)化，尤其適用于電機，能夠滿足較大的軸間距，簡單的結(jié)構(gòu)也方便安裝維修成本低。
缺點在于輪廓大，帶有滑動，無法在分度鏈?zhǔn)褂?，軸和軸承的承載力過大，無法保證長期使用。
鏈傳動
軸間距范圍廣，傳動比穩(wěn)定，鏈條間的配合能夠其緩沖作用，適用于惡劣的工作環(huán)境，并且安全可靠，軸上的承載力也不大。但工作瞬時速度不平均，高速運動時比帶傳動效果差，并且長期使用需要可以控制鏈條緊張和減震的裝置。
齒輪傳動
工作中有噪音，無過載保護，但其承載能力強，傳動比精確，工作安全可靠，速度控制范圍大，通過齒輪副的嚙合運動，傳動比基本沒有丟失，齒輪的壽命也可以提高機構(gòu)的使用時長，不過安裝時制造的精度要求高。
蝸輪蝸桿傳動
這種傳動結(jié)構(gòu)的傳動效率不高，但傳動比特別穩(wěn)定、精確，并且在運行過程中沒有噪音的產(chǎn)生，承載能力也較強，帶有自鎖功能，工作安全可靠，同時無法避免摩擦損耗大，需要高質(zhì)量的潤滑裝置，成本高。
定軸輪系
每個輪都有依靠的軸線，這些軸線之間無相對移動、轉(zhuǎn)動，軸線處于完全固定的狀態(tài)，這樣組成的輪系稱為定軸輪系，它的結(jié)構(gòu)簡單，傳動比穩(wěn)定精準(zhǔn)，但成本高，磨損大。
周轉(zhuǎn)輪系
當(dāng)輪系運轉(zhuǎn)時，相對于機架位置，有不固定齒輪軸線位置，相對形成軸的運動的輪系為周轉(zhuǎn)輪系。周轉(zhuǎn)輪系的傳動比范圍特別大，可以實現(xiàn)速度大的轉(zhuǎn)化。
2.3.2 動力裝置方案分析
方案一伺服電動機：速度可控制，無需換速裝置，動力可靠穩(wěn)定，工作壽命長，成本低。
方案二液壓裝置：優(yōu)點：無級變速，調(diào)速范圍大；構(gòu)件的慣性力小，傳動效果好；緩沖吸振可以體現(xiàn)，使其能夠自動防止過載。
缺點：容易泄漏液壓油；存在的泄漏問題會導(dǎo)致其傳動比不精準(zhǔn)，不穩(wěn)定；并且裝置的安裝損壞過程會混入空氣，是其產(chǎn)生噪音。
方案三氣壓裝置：優(yōu)點：環(huán)保污染小，用空氣做為介質(zhì)，沒有廢棄物的產(chǎn)生，處理方便。 缺點：工作狀況不穩(wěn)定，傳動比不精確，而且噪聲較大。
2.3.3 最佳方案的確定
表2.2 各方案確定
2.4 主傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖及傳動示意圖
2.4.1 主傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
圖2.5 主傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
2.4.2 總體傳動示意圖
圖2.6 總體傳動示意圖
2.4.3 主傳動示意圖
圖2.7 主傳動示意圖
2.5 伺服電動機的選型設(shè)計
2.5.1 輸出端滾刀的轉(zhuǎn)速
由已知條件和所設(shè)計的指標(biāo)：
設(shè)計的滾齒機能夠加工模數(shù) mm的鋼，根據(jù)下列公式可以計算出滾刀的轉(zhuǎn)速需求：
V= （2-1）
在設(shè)計中，選擇滾刀的切削進給量為
在切削過程中需要去矯正，利用機械手冊可以確定其修正系數(shù)，耐用度。
代入f、Kv、T等量值，可以算出：
V=
，轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)速
2.5.2 滾刀輸出的切削功率：
根據(jù)機械設(shè)計手冊，在滾刀材料為45鋼是，其切削的功率公式為：
P= （2-2）
將確定的數(shù)值代入上述公式：
進給量 模數(shù) mm
切削 滾刀外徑 .
為了滿足滾刀可以提供符合工作需求的功率，取功率修正系數(shù) K=1.0 。
在上式中，可以明顯地看出p的值是隨著來變化的且為正相關(guān)變化。為了P輸出足夠大的功率，我們應(yīng)該盡可能地選擇、中比較大的一個作為依據(jù)。這樣在工作時不會應(yīng)為P過小，而不能滿足大功率切削的需求，進而不會影響正常的工作。
結(jié)合上述內(nèi)容，進行對比分析：
==0.3034
==0.7623
<,
則==0.7623
P=1.2157KW。
2.5.3 確定電動機的主要參數(shù)：
傳動設(shè)計中總的效率計算:
η=ηη, （2-3）
查得相關(guān)手冊，上述公式中：
η代表帶傳動的傳動效率，η代表齒輪傳動（包括軸承損失）的傳動效率。
為了是滾齒機工作有安全可靠的工作性能，選擇η，η
計算可得：η=0.60304
利于公式計算電動機應(yīng)滿足的功率要求：：
P= Pη=2.016KW （2-4）
電動機轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足的要求：
根據(jù)設(shè)計所需的滾刀轉(zhuǎn)速n=44~140
將滾刀的轉(zhuǎn)速范圍分級，使其能夠完整覆蓋的速級為44，64，84，104，124，140這6個速級，由伺服電機控制，經(jīng)過主傳動箱的傳動，可以實現(xiàn)速度分級。
根據(jù)傳動鏈的計算公式可得：
= （2-5）
則 = 1/
為實現(xiàn)最大切削速度要求，所以計算時，代入滾刀的最大速級，即140代入上述公式，由此可得：
=1500
根據(jù)計算所得的數(shù)據(jù)，伺服電機需要滿足的額定轉(zhuǎn)速和額定輸出功率，我選擇如下圖所示規(guī)格的HF-SP2000系列中202（B）型號的伺服電機。
3 傳動分析及計算
3.1 分析主傳動系統(tǒng)
滾齒機的傳動系統(tǒng)十分復(fù)雜，它不僅可以加工直齒圓柱齒輪，還可以進行斜齒圓柱齒輪的加工。本設(shè)計的主要設(shè)計研究對象是加工直齒圓柱齒輪的滾齒機傳動機構(gòu)，因此，在傳動機構(gòu)設(shè)計方面，我主要設(shè)計了滾齒機床的主傳動機構(gòu)，即主電動機到滾齒刀的傳動鏈設(shè)計，通過設(shè)計一個完備的主傳動箱，使得電機可以完成對滾刀輸出穩(wěn)定傳動比和提供足夠動力的作用。
圖3.1 總體傳動系統(tǒng)示意圖
依靠對比傳動簡圖可知，這些傳動路線必須相互獨立，包括其關(guān)聯(lián)的換置機構(gòu)。在設(shè)計主傳動鏈的過程中，需要根據(jù)相關(guān)的兩末端件構(gòu)成的完整路線去逐步分析設(shè)計出中間傳動鏈。因為本次設(shè)計主要考慮的是主傳動設(shè)計，于是我從兩末端件電動機和滾刀設(shè)計，設(shè)計主要的傳動路線。
3.2 主傳動鏈的計算
3.2.1 依據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，利用公式求出下列結(jié)果
各軸轉(zhuǎn)速：
依據(jù)公式 r/min
I ＝1440×＝1003.64
II = 1003.64×=501.82
III =501.82×=501.82
IV：
根據(jù)選則方案可得：滾刀轉(zhuǎn)速為44～140
利用公式： ＝=
經(jīng)過計算可得具體滾刀的轉(zhuǎn)速：
由下列扭矩的公式算出：
= · N·m （3-1）
依據(jù)上文電機的參數(shù)選擇可以確定：
＝9550 N·m (3-2)
與電機相連結(jié)的軸的轉(zhuǎn)矩：
＝9550＝9550×＝26.53 N·m
查閱相關(guān)資料，根據(jù)設(shè)計的要求，為了確保工作的可靠性，選定主傳動中軸與齒輪軸承的總效率 ＝0.975，配合電機的帶輪效率 01＝0.9 。
這樣可以有上述公式計算出各個軸的扭矩大?。?
I =··01=24.72××0.9=34.96 N·m
II =·· =34.96××0.975=68.172 N·m
III =··=68.172××0.975=66.468 N·m
IV：
依據(jù)傳動比換算公式＝= 得：
3.2.2 主傳動鏈的計算
根據(jù)主傳動鏈的兩末端件來進行分析計算，逐步進行中間傳動的運動兩分析。
通過傳動示意圖可知，開始從電動機——帶輪傳動——一級齒輪變速——二級齒輪變速——滾刀。在傳動鏈中，后續(xù)把帶輪的設(shè)計進行了計算，接著是齒輪，然后是軸的校核計算。
——
運動方程
1440
換速公式
通過由伺服電機提供的不同轉(zhuǎn)速，由滾刀的轉(zhuǎn)速求出 × 構(gòu)成的換速傳動比，基于以上的原理確定變速齒輪副的齒數(shù)。
根據(jù)所選定的滾刀轉(zhuǎn)速，去設(shè)計工作所需要的滾到直徑D，查閱機械設(shè)計手冊利用公式： ＝ r/min
通過下圖的內(nèi)容選擇相應(yīng)的滾刀直徑，能提供滾齒機的工作有安全可靠的條件。
由圖根據(jù)滾齒機主軸切削的速度進行選擇：
圖3.2 滾刀主軸速度計算圖
3.3 電機帶輪設(shè)計
帶輪的作用是將電機的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速傳動給主傳動箱，所以在設(shè)計過程中需要依據(jù)電動機的相關(guān)參數(shù)來進行，為了使工作的要求符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計過程中均以電機的額定工作數(shù)據(jù)作為參考。
額定輸出功率
額定轉(zhuǎn)速
傳動比 i=1.435
3.3.1 計算功率P
根據(jù)機械設(shè)計手冊，查閱可知帶輪的功率換算時，工作情況系數(shù)
K=1.1
P= KP=1.14 kW=4.4 kW
3.3.2 選擇V帶的帶型
為了保證設(shè)計的要求，參考機械設(shè)計6圖8-10，依據(jù)P，選用A型帶。
3.3.3 計算帶輪基準(zhǔn)直徑及帶速v
初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑：
根據(jù)機械設(shè)計6表8-6和表8-8取小帶輪的基準(zhǔn)直徑=90mm。
根據(jù)所選數(shù)據(jù)，利用公式，計算帶速
v===7.07 （3-3）
驗算帶速5（F）
3.3.8 計算得F壓軸力的最小值
（F）=2z（F）=788N
4 傳動齒輪的設(shè)計和校核
我選擇齒輪傳動是看重了其效率高、穩(wěn)定性好、工作安全可靠、使用壽命長等特點，最為重要的是傳動比穩(wěn)定。正常情況下，設(shè)計出的齒輪必須要滿足正常工作的需求，并且壽命也得符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，這樣在使用壽命期間齒輪能夠有足夠的相應(yīng)的工作能力，在設(shè)計過程中我采用分析齒輪的疲勞強度進行設(shè)計，主要遵循兩大準(zhǔn)則，從齒根和齒面的接觸強度和彎曲強度計算入手，進而完成設(shè)計。
4.1第一對齒輪設(shè)計
4.1.1 選擇材料及加工精度
為了滿足正常的工作要求，在選擇材料時，需要滿足齒芯強韌、齒面耐磨損能力好，于是我選擇的基本要求為：
材料適用與中高檔速度，傳動受載能力強，可以承受重載。
于是最終采用45鋼，調(diào)質(zhì)處理的材料，加工精度選為7級。
4.1.2 根據(jù)設(shè)計工作的能力暫定幾何參數(shù)
為了滿足足夠的工作能力和使用壽命，設(shè)定本滾齒機可正常工作18000個小時，使其能夠滿足主傳動的需求我們可以分配傳動比給第一對齒輪，第一對齒輪的小齒輪齒數(shù)24，大齒輪齒數(shù)82。第二對齒輪的小齒輪齒數(shù)30，大齒輪齒數(shù)95。
4.1.3 依據(jù)齒面接觸強度設(shè)計
利用設(shè)計計算公式進行試算：
(4-1)
（1）公式參數(shù)選擇計算：
1）初定載荷系數(shù)K.
2）小齒輪可傳轉(zhuǎn)矩的量值：
T2 (4-2)
3）利用機械設(shè)計中查表選定齒寬系數(shù)
4）同上可選定材料影響導(dǎo)致的彈性系數(shù)=189.8MPa
5）根據(jù)齒面的剛度選定小齒輪的極限疲勞強度
同理，根據(jù)硬度選擇大齒輪的極限接觸疲勞強度
6）保證設(shè)計質(zhì)量的應(yīng)力校驗次數(shù)：
j==3.147 (4-3)
=2.15
7）根據(jù)設(shè)計要求，查得接觸疲勞壽命系數(shù)，
8）安全應(yīng)力疲勞試算：
這里為了方便計算同時設(shè)計不失精準(zhǔn)，試定失效機率是1%，安全系數(shù)
(4-4)
（2）過程計算結(jié)果：
1）將帶入小齒輪分度圓計算公式中，求得其直徑
=
=46.054mm (4-5)
2）計算齒輪速度：
V==3 (4-6)
3）求直徑根據(jù)載荷的大小：
(4-7)
4）由直徑和齒數(shù)求得
(4-8)
（3）為了實現(xiàn)對比選擇，依據(jù)齒根彎曲強度設(shè)計
利用其強度公式：
(4-9)
1）公式參數(shù)選擇計算
查得，；
在彎矩載情況下的壽命系數(shù)=0.85， =0.88；
2）在需用的應(yīng)力條件時
令受載荷安全系數(shù)S=1.4
(4-10)
(4-11)
3）根據(jù)計算所得的安全系數(shù)確定K值：
(4-12)
4）通過機械設(shè)計手冊查得所設(shè)計齒輪的齒形系數(shù)
5）通過機械設(shè)計手冊查得所設(shè)計齒輪的校正系數(shù)
6）利用公式分別進行分析計算
(4-13)
，大齒輪的數(shù)值大
（4）完善設(shè)計計算
進行計算后的結(jié)果可以看出，前者按接觸強度所得的模數(shù)結(jié)果比后者彎曲強度所得的結(jié)果大，但后者的影響力度更大，對齒輪設(shè)計的工作要求有更大的作用，素以盡可能的考慮彎曲疲勞強度所設(shè)計模數(shù)的結(jié)果，因此我取 m=2mm是模數(shù)結(jié)果與二者較相符合。
1） 求得大小齒輪
小齒輪 (4-14)
大齒輪
2） 嚙合齒輪副的中心距
=106 mm (4-15)
3） 利用公式求得齒寬
=40 mm (4-16)
4.2 第二對齒輪設(shè)計
根據(jù)相關(guān)齒面接觸強度的公式：
(4-17)
（1）明確選擇參數(shù)大?。?
1）同上載荷系數(shù)
2) 利用公式求得扭矩：
(4-18)
3）查閱資料同上齒寬系數(shù)
4）為保證設(shè)計準(zhǔn)確，令彈性系數(shù)
5) 分別確認小和大齒輪的極限疲勞強度
6）保證設(shè)計質(zhì)量的應(yīng)力校驗次數(shù)
N=60j=6014301(830010)=2.05910 （4-19）
N=5.15
7) 由機械設(shè)計手冊可以得到，按齒輪表面接觸設(shè)計的壽命系數(shù)
=0.92，=0.95
8） 根據(jù)機械手冊，利用相關(guān)公式，求得安全應(yīng)力可用范圍
這里為了方便計算同時設(shè)計不失精準(zhǔn)，假定失效概率1%，安全系數(shù)S=1
（4-20）
（4-21）
（2）代入數(shù)值求結(jié)果
1）利于上面選擇的公式，取的較小值，代入設(shè)計公式中計算小齒輪
=2.32mm
=60.521mm （4-22）
2）求齒輪轉(zhuǎn)速V
（4-23）
3）為了確保所設(shè)計齒輪的可靠性，加入校核過程，利用實際載荷調(diào)整
（4-24）
4） 依據(jù)所得分度圓直徑求其模數(shù)
（3）為了實現(xiàn)對比選擇，根據(jù)齒根的彎曲強度再次設(shè)計
所依據(jù)的設(shè)計公式
（4-25）
1）明確選擇參數(shù)大小
根據(jù)機械設(shè)計手冊，分別確認小和大齒輪的極限疲勞強度
同時，查得彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.85， =0.88
2）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4
=303.57 Mpa （4-26）
（4-27）
3）利用公式，求的載荷系數(shù)K。
（4-28）
4）根據(jù)所設(shè)計齒輪的模數(shù)和齒數(shù)查手冊可得其齒形系數(shù)
5）據(jù)所設(shè)計齒輪的模數(shù)和齒數(shù)查手冊可得其應(yīng)力校正系數(shù)
6）通過上式各參數(shù)的確認，比較求出
小齒輪： （4-29）
大齒輪：
（4）最后利用公式求得其模數(shù)大小
進行計算后的結(jié)果可以看出，前者按接觸強度所得的模數(shù)結(jié)果比后者彎曲強度所得的結(jié)果大，但后者的影響力度更大，對齒輪設(shè)計的工作要求有更大的作用，素以盡可能的考慮彎曲疲勞強度所設(shè)計模數(shù)的結(jié)果，因此我取 m=2mm是模數(shù)結(jié)果與二者較相符合。
（5）尺寸計算
1）大小齒輪 （4-30）
2）兩齒輪的中心距 =117mm （4-31）
3）利用公式齒寬 =60 mm （4-32）
5 進行軸的強度校核
5.1強度計算過程
5.1.1根據(jù)彎扭的情況計算強度
因為 （5-1）
（5-2）
（5-3）
參數(shù)說明：---軸上齒輪承載的轉(zhuǎn)矩（N·mm）
---軸上齒輪直徑（mm）
---嚙合角。取=15
可得 =1000N
=359N
=1057N
由軸的力矩示意圖求得：
505N
=620N
=320N
=70N
（5-4）
（5-5）
M==2.137 （5-6）
圖3.3 軸的力矩示意圖
5.1.2校核計算所得的收載強度
根據(jù)力矩示意圖，受彎矩最大的地方是最危險處。
依據(jù)第三強度理論， （5-7）
通常彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力常常不是對稱循環(huán)應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計算應(yīng)力為：
而輸出軸所受的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈沖循環(huán)變應(yīng)力，取=0.5
（5-8）
各參數(shù)：——軸上彎扭應(yīng)力（Mpa）
M——軸上彎矩（N·mm）
T——軸上扭矩（N·mm）
W——抗扭及彎系數(shù)（）
——許用彎曲應(yīng)力在受循環(huán)的對稱應(yīng)力時
查閱資料可得材料45鋼的許用彎曲應(yīng)55
5.2 校核軸的疲勞強度
疲勞強度的校核是為了檢軸的安全性。
查閱相關(guān)資料可找出：
軸的截面抗扭系數(shù)： =13645
作用在軸界面的扭矩：
軸上切應(yīng)力： =1.3478 Mpa
查表文獻6表可知鋼
同樣的查表，可知軸截面形狀系數(shù)：
以及軸的截面扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力系數(shù)：
加上軸的表面質(zhì)量系數(shù)：0.87 =1
同時合金鋼特性的系數(shù)
令則有并且
根據(jù)綜合系數(shù)公式可求得：
（5-9）
（5-10）
因此 =5.23 （5-11）
20.4 （5-12）
=4.2>S=2.0 （5-13）
由上式可知，軸的疲勞強度在安全范圍之內(nèi)。
5.3 依據(jù)靜強度進行安全校核
校核軸受到靜強度所產(chǎn)生的塑形變形的強弱是我們對軸進行安全校核的一個重要的標(biāo)準(zhǔn)。因為在正常工作中，軸受到的瞬時承載力以及對稱性是不相同的，我們只能通過靜強度的校核去判斷軸的安全系數(shù)是否達標(biāo)。靜強度校核的關(guān)鍵影響因素的是軸受到的最大瞬時載荷。
滿足靜強度校核時的強度條件：
（5-14）
上式參數(shù)：——校核安全系數(shù)在靜強度的情況下
——得到安全的系數(shù)在屈服情況的強度下；
因為，類歸為偏低的塑性材料，則
（5-15）
（5-16）
上中： =213 Mpa
因此：
（5-17）
則靜強度要求符合標(biāo)準(zhǔn)。
5.4 校核軸上剛度
5.4.1校核彎曲剛度
依據(jù)：撓度 （5-18）
偏轉(zhuǎn)角 （5-19）
參考文獻6可以得到
（5-20）
則有
撓度最大限制 （5-21）
因為
，軸的撓度在限制范圍內(nèi)，于是滿足彎曲剛度要求。
5.4.2校核扭轉(zhuǎn)剛度
進行校核的要求： （5-22）
已知，計算扭轉(zhuǎn)角的公式為：
（5-23）
通過查表得：
則，滿足扭轉(zhuǎn)剛度要求。
4 結(jié) 論
通過查閱國內(nèi)外文獻，我深刻的認識到我所設(shè)計的這個題目是多么的重要，齒輪是機械工業(yè)中最為常見也是最為基礎(chǔ)的零件，設(shè)計好的滾齒機首要一點是能夠加工出高精度高品質(zhì)的齒輪，而滾齒機的傳動部分對于所生產(chǎn)齒輪的精度影響恰恰是最為重要的一個因素，好的傳動機構(gòu)設(shè)計，對于生產(chǎn)效益也是有非常重要的作用，傳動機構(gòu)設(shè)計的優(yōu)秀對于提高生產(chǎn)效率、減少生產(chǎn)污染、降低生產(chǎn)噪音都是有巨大的幫助的。通過對傳統(tǒng)的傳動機構(gòu)進行改良和優(yōu)化，豐富了滾齒機的選擇內(nèi)容，為今后的選型工作提供了一些參考價值。我所設(shè)計的題目是YK3180滾齒機的傳動機構(gòu)設(shè)計，設(shè)計到這里，終于要接近尾聲了，對于這個題目，我認為是這個題目能夠充分實踐并檢驗四年機械專業(yè)學(xué)習(xí)過程的中所學(xué)到的知識。以題目入手，開始查找大量文獻，并且看了許多滾齒機工作的視頻與原理，對滾齒機的加工原理及制造過程有了最基本的認識，非常感慨前人的智慧，十分佩服前人能夠探索這樣的知識，進入了設(shè)計階段，大量的計算讓我充分認識到知識的重要性以及做一門學(xué)問是多么不容易。
通過此次設(shè)計，我學(xué)習(xí)到了許多課本中學(xué)不到知識與經(jīng)驗，當(dāng)然這期間離不開老師的耐心幫助與指導(dǎo)，非常感謝老師幫助我解決了許多目前我所認識不到或者無法完成的難題。通過大量的方案選擇與分析，讓我明白設(shè)計就是鐵杵磨成針的過程，精益求精這樣的理念在設(shè)計過程中是尤為重要的，正是這樣，讓我更加佩服前人的智慧，也正是這樣，才使得我們憑借巨人的肩膀在知識的道路上走的越來越遠。
參 考 文 獻
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附錄1：外文翻譯
2010年計算機，機電一體化，控制與電子工程國際會議（CMCE）
直驅(qū)齒輪滾齒機干切削關(guān)鍵技術(shù)研究
劉瑞愛,太原理工大學(xué),中國太原liurunai@163.com
呂明,太原理工大學(xué),中國太原lvming@tyut.edu.cn
摘要 - 首先論述了滾齒機包括數(shù)控，高速，高精度，直驅(qū)，環(huán)保在內(nèi)的各個方面的發(fā)展趨勢，并介紹了直切滾齒機干切的設(shè)計原理，突破了提出了滾齒機傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論。直接驅(qū)動滾齒機采用的內(nèi)置的電機主軸和DDR轉(zhuǎn)矩電動機，其直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)刀具和工作臺，并且完全取消高精密齒輪，并在機器傳輸蝸輪的技術(shù)，從而通過電源直接驅(qū)動機床的工作部件。這里詳細分析研究了直切齒輪滾齒機干式切削的關(guān)鍵技術(shù)，如總體布置技術(shù)，床身和切屑系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，滾刀軸和工件主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)。對于高速高精度直驅(qū)齒輪箱的研究和開發(fā)具有重要的理論意義和實用價值。
關(guān)鍵詞：直接驅(qū)動;滾齒機;結(jié)構(gòu)設(shè)計
一 導(dǎo)言
隨著數(shù)控，高速，高精度，直驅(qū)，環(huán)保等滾齒機的發(fā)展趨勢，對直驅(qū)滾齒機進行了研究。直齒滾齒機滾刀主軸和工件主軸的旋轉(zhuǎn)運動，除去普通數(shù)控滾齒機的高精度齒輪和蝸輪蝸桿。它們分別由內(nèi)置主軸電機（用于滾刀主軸的電動主軸）和內(nèi)置力矩電機（用于工件主軸的DDR電機）驅(qū)動。結(jié)構(gòu)的變化可以消除傳動裝置造成的誤差，提高滾齒機的精度。直驅(qū)滾齒機實現(xiàn)全數(shù)控，高速度，高精度，干切削，是滾齒機向全數(shù)控，高速化發(fā)展的結(jié)果。
二 直驅(qū)齒輪滾齒機總體布局研究
在滾齒機設(shè)計中，機床總體布局直接影響加工工藝的靈活性，精度，靜態(tài)和動態(tài)剛度，抗振性，可靠性，加工工藝，操作維修方便性，停留面積，復(fù)雜程度配置，外觀等。同樣，它也決定了整機的技術(shù)和經(jīng)濟能力。并且機器是否成功，它的生存能力和競爭力也取決于其總體布局。
A影響總體布局設(shè)計的主要因素分析
影響滾齒的因素很多機器的總體布局，主要因素如同遵循[1]：
1）滾齒機的動態(tài)特性機;
2）滾齒機的工作方式;
3）每個組件的運動分布滾齒機;
4）滾齒機的傳動形式;
5）自動化程度和生產(chǎn)效率的滾齒機;
6）工件的尺寸，形狀和重量;
7）它應(yīng)該為減少熱變形和它的影響力;
8）應(yīng)使機器操作方便調(diào)整，加工裝配工藝和維修方便程度;
9）它應(yīng)該使機器美觀，體面，穩(wěn)定和和諧。
B.不同總體布局的比較分析
滾齒機可分為兩種形式，即：由于它們的工件主軸的空間搭配方式，所以垂直和水平。根據(jù)齒輪產(chǎn)生的原理和每個部件的運動分布，垂直和水平方向也可以分為很多種類。
表1特別比較了垂直和水平滾齒機的機器可操作性，夾具設(shè)置和對準(zhǔn)，切屑處理，中心高度機器等[2]。
C.直接傳動滾齒機總體布局設(shè)計
垂直滾齒機的工件主軸是垂直的，有利于大中型齒輪的安裝，夾緊和調(diào)整，所以大部分大中型滾齒機都是垂直的。臥式工件主軸水平，大部分用于加工長主軸和小模塊齒輪的滾齒機均為臥式。我們根據(jù)處理范圍和多種因素選擇了水平式布局。以下是幾種熟悉的水平式布局的比較分析。
表I. 立式和臥式滾齒機的比較
1)工件主軸移動，因此機芯的間隙和振動可能會影響工件的加工精度。
2)工件主軸不動，滾刀滑塊進行軸向和徑向運動。根據(jù)滾刀軸的位置有兩種情況:
a)滾刀主軸位于工件下方:去除切屑，在一定程度上通用，滾刀的旋轉(zhuǎn)角度從+ 90°到-90°。
b)滾刀主軸在工件后面:這使得排屑容易，實現(xiàn)裝卸自動化，但滾刀的旋轉(zhuǎn)角度有限，不能達到±90°的范圍。這種類型可以根據(jù)Z軸的布局分為兩個實例:
a. 水平Z軸:滾刀頭穩(wěn)定性好;?b. 垂直Z軸:用于去除切屑，但滾刀頭的穩(wěn)定性有點不足。
通過對幾種橫向布局進行對比分析，為了使機床結(jié)構(gòu)緊湊，加強剛度，提高切削效率，實現(xiàn)排屑。我們采用水平工件主軸，其中工件固定，軸向和徑向在工件主軸后面，Z軸是水平的
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