【正文】 程系 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 前言 弧齒錐齒輪因其良好的動態(tài)性能，在機械行業(yè)中占有相當(dāng)重要的地位，但其設(shè)計制造技術(shù)從問世以來一直是制 造業(yè)的難點和熱點。弧齒錐齒輪在汽車上的需求非常大，僅我國每年需求量就在上千萬對以上。而國產(chǎn)銑齒機的加工精度低、適應(yīng)性差，加工出來的弧齒錐 齒輪無法滿足高速、低噪的使用要求，所以高精度的弧齒錐齒輪仍完全依賴進口，年進口量近千萬只。 畢業(yè)設(shè)計不僅能檢驗我們大學(xué)四年所學(xué)習(xí)知識是否系統(tǒng)連貫的應(yīng)用，也為我們提供了一個將理論運用到實際的平臺。其次，希望通過這次畢業(yè)設(shè)計能夠?qū)X輪加工的高精領(lǐng)域能夠有個初步的了解，為以后的工作奠定基礎(chǔ)。 這次設(shè)計是在魏冰陽老師的指導(dǎo)下與何旸同學(xué)共同完成，在此我負責(zé)機床刀軸箱部分的設(shè)計。 清華 大學(xué) 機械工程系 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 1 章 緒論 167。 國內(nèi)數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機發(fā)展現(xiàn)狀 加工能力最大直徑為 1250mm、最大加工模數(shù)為 20mm 的數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機 由天津精誠機床制造有限公司（原天昊幾點開發(fā)有限公司）研制成功。通過數(shù)控系統(tǒng)直接控制并驅(qū)動的四個坐標軸取代了傳統(tǒng)銑齒機的多個手動調(diào)整軸，使機床的結(jié)構(gòu)得到極大的簡化。其既可滿足多品種小批量產(chǎn)品的試制生產(chǎn)又可以適應(yīng)成批大規(guī)模生產(chǎn)需求。該產(chǎn)品填補了國內(nèi)空白，達到了國 際先進水平。長沙鐵道學(xué)院研制成功的 YK2212 數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機，適合于加工小規(guī)格（最大模數(shù) 3mm，最大工件直徑 125mm，最大齒面寬 15mm）螺旋錐齒輪，最大銑刀盤直徑 英寸（ 89mm） 。該機床的特點是引入了加工中心概念， 3 個銑刀盤安裝在一個旋轉(zhuǎn)刀庫上，工件在一次裝夾中就可以完成粗精加工。 167。 GLEASON 公司的這類數(shù)控銑齒機取消了傳統(tǒng)機床所有的機械傳動鏈和調(diào)整環(huán)節(jié)，大大簡化了機床結(jié)構(gòu)，而機床剛性清華 大學(xué) 機械工程系 畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 卻顯著提高。瑞士 OERLIKON（奧立康）新開發(fā)出來一臺數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機C28， 6 軸 5 聯(lián)動。刀盤主軸箱滑鞍安裝在傾斜床身導(dǎo)軌上，切屑可自由落入其下方的排屑槽由排屑器及時排除 . C28 的加工精度相當(dāng)高，達 5～ 6 級（ DIN 標準）。 研究的目的與意義 弧齒錐齒輪是機械上的關(guān)鍵零件，因其重合度高、傳動平穩(wěn)、噪聲低廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機、工程機械、工業(yè)縫紉機、電動工具、機床等機械設(shè)備中。如果能有先進的弧齒錐齒輪制造技術(shù)，我國的機械工業(yè)將快速發(fā)展。因此，我國把弧齒錐齒輪數(shù)控銑齒機科研開發(fā)做為重要的項目實施科研開發(fā)。不管是“格里森”齒制還是“奧利康”齒制弧齒錐齒輪，其齒面輪廓都是復(fù)雜的空 間曲面，要通過刀具于工件的相對運動加工出復(fù)雜的曲面是相當(dāng)困難的。而數(shù)控型是依賴計算機技術(shù)能使軟硬件相結(jié)合來實現(xiàn)刀具與工件的空間運動關(guān)系，可以減少傳動系統(tǒng)復(fù)雜帶來的誤差，再加上現(xiàn)代計算機技術(shù)的高度發(fā)展可以實現(xiàn)很精確的空間運動。所以，數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機的研究是有利于我國機械工業(yè)的發(fā)展，也是機械精密加工的代表。 清華 大學(xué) 機械工程系 畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 167。下面以機械式為例介紹弧齒錐齒輪的加工原理： 對于收縮齒弧齒錐齒輪的加工，通常采用平頂齒輪原理進行加工。這個假想平頂齒輪的輪齒表面，是由安裝在機床搖臺 上的銑刀盤刀片切削刃的相對于搖臺運動的軌跡表面所代替。 數(shù)控式也一樣要完成這樣的功能。而數(shù)控式則不同，是通過數(shù)字技術(shù)控制幾個軸一起聯(lián)動實現(xiàn)模擬假想齒輪的運動。數(shù)控式以數(shù)控技術(shù)代替復(fù)雜的傳動系統(tǒng)，使用簡單的傳動就可以實現(xiàn)應(yīng)有的功能，主要通過滾珠絲杠和滑臺的使用實現(xiàn)幾個軸的聯(lián)動。 167。 167。 漸開線齒廓的曲率和它的基圓大小有關(guān)，基圓越大、齒廓曲率就越小，漸開線就直些；當(dāng)基圓足夠大時，漸開線就接近于直線。模數(shù)和壓力角一定時，齒數(shù)愈多，基圓直徑就越大，相應(yīng)的齒廓曲率越小，也就是齒廓越接近于直線。 小輪齒數(shù) (z1)一定時，傳動比越大，大輪齒數(shù)也就越多，這時大輪的當(dāng)量圓柱齒輪的基圓直徑也越大，其齒廓接近于直線形，采用成形加工比較方便． 當(dāng) 錐齒輪傳動比大于 時，大輪的節(jié)錐角往往在 700 以上，大輪就可采用成形加工。 此法生產(chǎn)效率較高，適于大批量生產(chǎn)。在專用機床上，用特殊的圓拉刀盤，精加工傳動比大于 齒輪副中的大輪，齒廓是直線形的。切齒時，刀盤安裝軸線垂直于被切齒輪的面錐母線，刀盤除具有圓周方向的旋轉(zhuǎn)運動外，還沿其自身軸向作往復(fù)運動，每個刀片通過齒槽的同時，刀盤軸向往復(fù)一 次，而使刀齒頂刃始終沿著被切齒輪齒根切削。 圖 成形法刀盤位置圖 圖 螺旋成形法刀盤位置圖 螺旋成形法切出的輪齒縱向曲面是一個有規(guī)則的、可展的和同向彎曲的漸開螺旋面，它得到的是收縮齒。載荷增加時，接觸區(qū)長度不變，其位置移向大端 。 清華 大學(xué) 機械工程系 畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 167。 各種銑齒機總體布局 機械式（搖臺式）機床結(jié)構(gòu)如圖 。 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的組成 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)主要有以下幾部分組成： 一、 主傳動系統(tǒng) 它包括動力源、 傳動件及主運動執(zhí)行件（主軸）等，其功能是將驅(qū)動裝置的運動及動力傳給執(zhí)行件，以實現(xiàn)主切削運動。 三、 基礎(chǔ)支撐件 它使之床身、立柱、導(dǎo)軌、滑臺、工作臺等，它支撐機床的各主要部件，并使它們在靜止或運動 中保持相對正確的位置 [ 3,4]。 機械結(jié)構(gòu)要求 一 高剛度 機床剛度是指機床抵抗由切削力和其它力引起變形的能力。本結(jié)構(gòu)通過較粗的絲杠、立柱肋板來保證較高的強度。機床的抗振性指的是抵抗這兩種震動的能力。 三 高的低速運動平穩(wěn)性 數(shù)控機床各坐標軸低速進給運動的平穩(wěn)性極大的影響到零件的加工精度。當(dāng)?shù)退贂r運動的不平穩(wěn)現(xiàn)象稱為爬行。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第 3 章 設(shè)計校核 167。 主切削力計算主切削力 : zadaaCF ptfeFc f ?? （ 1） ≈ 68 1 1 500 1≈ 4000N 取 xF = yF =2500N , (2) 取軸向進給力： Fa=3000N 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為： 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 39550000 []PT NW d??? ? ? (3) 式中： T? — 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 MPa ； T— 軸所受的扭矩，單位為 N 一對軸承初步選用 30307，面對面安裝的圓錐滾子軸承，其中 a=20mm，根據(jù)所設(shè)計的軸各個部分之間的關(guān)系畫出該軸的受力圖如圖 ： 計算 Fa=3000N,Ft=4000N；2 1254000 62tF ?? =； 計算得； 1 ? 2 ? 1 ? 2 ?? 彎矩計算 61 5 8 6 8 . 4 1 2 6 1 . 9 7 1 0BHM N m m? ? ? ? ? 4 0 0 0 1 2 5 6 0 4 8 . 3 8 1 2 6 2 6 2 0 9 5 . 8 8BVM N m m? ? ? ? ? ? 8 0 6 4 . 5 9 0 . 5 7 2 7 4 1 7 . 9HM c N m m? ? ? ? T=4000 125=500000N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 224( )ca? ? ????式中的彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力。在這兒取 ?? ，彎曲應(yīng)力 MW??，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力2TTTWW? ??代入上式則有軸的彎扭合成強度條件為 22221()( ) 4 ( ) [ ]2 MTMTW W W ???? ??? ? ? ? （ 6） 式中： ca? — 軸的計算應(yīng)力，單位為 Mpa； M— 軸所受的彎矩 ，單位為 N ? mm； T— 軸所受的扭矩，單位為； W— 軸的抗彎截面系數(shù)，單位為 3mm ,計算公式查機械設(shè)計 P365表 154； [ 1?? ]— 對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的需用彎曲應(yīng)力，其值可查機械設(shè)計 P355 表 151（材料選為 40cr 調(diào)質(zhì)） B 處： 3 3 30 . 1 0 . 1 4 5 4 5 6 0 0W d m m? ? ? ? C 處： 3 3 30 . 1 0 . 1 4 5 4 5 6 0 0W d m m? ? ? ? B 處： ? ?2 2 6 2 222 1( ) ( 1 . 9 9 1 0 ) (0 . 3 5 0 0 0 0 0 )( ) 4 ( ) 4 3 . 7 6 7 02 4 5 6 0 0MTMT M P a M P aW W W ???? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? （ 7） 所以該軸滿足強度要求。 軸承的選擇與校核： 刀盤軸軸承的選擇校核及壽命計算： 力學(xué)模型如圖 所示： 圖中 B、 C 處是軸承受力點，由軸校核時的力計算知道： Fa=3000N, Ft=4000N； 2 1254000 62tF ??= 根據(jù)力矩的平衡分別計算得： 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 1 ? 2 ?? 1 ? 2 ?? 圖 軸承受力分析 總支反力： 221 5 8 6 8 . 4 6 0 4 8 . 3 8 1 6 9 8 2rBFN? ? ? （ ） 226 0 4 8 .4 2 6 0 .1 6 0 5 4rC ? ? ? （ 9） 3000ae aF F N