Y3180型滾齒機的主軸箱設(shè)計【含說明書+CAD圖紙】
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摘 要
齒輪加工機床是一種技術(shù)含量高且結(jié)構(gòu)復雜的機床。主傳動箱是滾齒機最重要的部件。齒輪加工中的動力傳遞和變速主要都是通過主傳動箱來完成的。傳動箱緊固在床身的背面，其內(nèi)裝有主傳動進給差動機構(gòu)構(gòu)件和走刀掛輪架及分度軸部件，分度掛輪架也在其中。主傳動箱的第一根軸端部連接葉片泵，主電機開動后，葉片泵向機床各自動潤滑點提供潤滑油，向刀架立柱的液壓缸供給壓力油。主傳動箱中的齒輪傳動主要滿足四條傳動鏈的要求，特別是兩條內(nèi)傳動鏈：展成運動鏈和附加運動鏈。主傳動中的軸的設(shè)計，要考慮動載和主傳動箱結(jié)構(gòu)的要求，設(shè)計出來的軸安裝好后不能與其他的零部件干涉。
在設(shè)計的過程中，既要考慮到運動和動力的要求，還要注意不能使結(jié)構(gòu)太臃腫，因此在本滾齒機主傳動鏈的設(shè)計中對一些傳動比做了適當?shù)恼{(diào)整。走刀掛輪架與分度軸部件安裝在主傳動箱的后面。設(shè)計出的主傳動箱能滿足加工要求，保證加工精度，且滿足強度、剛度、壽命、工藝性與經(jīng)濟性等方面的要求，并使機床運行平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)合理，裝卸方便，便于維修與調(diào)整。
關(guān)鍵詞：內(nèi)傳動鏈；主傳動箱；分度軸
Abstract
The gear hobbing machine is one kinds of tools with high technology and the complex structure. The master drive box is the most important part of the gear hobbing machine. In the gear processing, power transmission and the speed change mainly is completes through the master driving box. The gear box fastening on the machine tool body’s back, there are the differential transmission, the dividing spindle, and the gear dividing swing frame in it. The first axis nose in main transmission box connects with vane pump. After main electromotor starting, the vane pump supplies the oil each lubricating points and the hydraulic pressure vessels. In the main drive box are four transmission chains, specially two interior transmission chains: the meshing movement chain and the increment motion chain. Design of the axes in main drive box must consider the moving load and structure request of the master drive box, and they cannot interfere with other part after installed.
In design process, the movement and the power request must be considered, and the structure can not be too fat. Therefore, some transmission ratios of the drive chain have been made the suitable adjustment. The dividing spindle and the gear swing frame for feeding are installed on the main transmission gear box behind. The main transmission gear box must satisfy some demands, such as intensity, rigidity, life, movement stability, structure rationality, convenience in loading and unloading, machining precision, and technical and economical demands.
Key words: interior transmission chain; main transmission gear box; the dividing spindle; the gear swing frame for feeding
29
目 錄
摘要 I
Abstract II
目 錄 1
第一章 前言 1
第二章 滾齒機總體設(shè)計 3
2.1總體方案論證 3
2.2 擬定傳動方案 3
2.3 確定詳細傳動方案 5
2.4 床身 7
2.5 主傳動箱 7
2.6 刀架立柱 8
2.7 滾刀牙箱 8
2.8 工作臺 8
2.9 外支架 8
第三章 主傳動鏈的設(shè)計 9
3.1 主電動機的選擇 9
3.2 傳動比的計算及分配 10
3.3 V帶的設(shè)計計算 11
3.4 主傳動鏈的動力計算 14
3.4.1 第二級變速齒輪的動力計算 14
3.4.2 第三級變速齒輪(錐齒輪)的動力計算 15
3.4.3 第四級變速齒輪的動力計算 16
3.5 主傳動鏈中軸的最小徑的估算 18
第四章 主傳動箱裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計 22
4.1 主傳動箱內(nèi)分齒掛輪的調(diào)整 23
4.2 主傳動箱內(nèi)差動掛輪的調(diào)整 23
4.3 變速掛輪的調(diào)整 24
第五章 分度軸及走刀掛輪架的設(shè)計 26
5.1 確定分度軸的材料及熱處理方法 26
5.2 分度軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 26
5.3 分度軸強度的校核 27
5.4 走刀掛輪架的設(shè)計 28
第六章 結(jié)論 30
參考文獻 31
致 謝 32
附 錄 33
第一章 前言
齒輪加工機床是一種技術(shù)含量高且結(jié)構(gòu)復雜的機床系統(tǒng)，由于齒輪使用的量大面廣，齒輪加工機床已成為汽車、摩托車、工程機械、船舶等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。特別是，隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，對齒輪的需求量日益增加，對齒輪加工的效率、質(zhì)量及加工成本的要求愈來愈高，使齒輪加工機床在汽車、摩托車等行業(yè)中占有越來越重要的作用。滾齒機是齒輪加工機床中的一種，其占齒輪加工機床擁有量的40%～50%。它主要用來加工圓柱齒輪和蝸輪等。
隨著重型車市場的高速擴張和產(chǎn)銷量的迅速增長，變速箱和齒輪制造行業(yè)的內(nèi)部競爭必將進一步加劇，為齒輪機床行業(yè)增加了良性發(fā)展的大好機會，各生產(chǎn)廠商大規(guī)模技改投資齒輪加工機床。
目前國際上生產(chǎn)滾齒機的強國———美國、德國和日本，也是世界經(jīng)濟強國和汽車生產(chǎn)大國。美國Gleason-pfauter公司，德國的Liebherr 公司，日本的三菱重工公司、堅藤、清和公司和意大利的SU公司是國外最具實力的滾齒機制造商。這些公司目前生產(chǎn)的滾齒機都是全數(shù)控式的，中小規(guī)格滾齒機都在朝著高速方向發(fā)展，所有高效機床均采用了全密封護罩加油霧分離器及磁力排屑器的方式部分地解決環(huán)保問題。近年來，為更好地滿足滾齒加工中的綠色制造，德國Liebherr 公司早在十幾年前就開始研究高速干式切削滾齒機。日本三菱重工則是最早將高速干式切削滾齒機商品化的制造商，它們的成功還得益于滾刀制造技術(shù)的提高。目前，Liebherr、Gleason-pfauter、三菱重工、SU、堅藤和清和均開發(fā)了適用于高速干式切削的滾齒機產(chǎn)品。在特別重視環(huán)保的世界著名齒輪制造商中，如德國ZF公司、美國Ford汽車公司等使用高速干式滾齒已成為主流。在我國上海汽車齒輪公司及陜西發(fā)士特公司也已開始采購三菱重工公司生產(chǎn)的干式切削滾齒機。
近幾年，我國在滾齒機設(shè)計技術(shù)方面研究的主要內(nèi)容經(jīng)歷了從傳統(tǒng)機械式滾齒機通過數(shù)控改造發(fā)展為2-3軸（直線運動軸）實用型數(shù)控高效滾齒機，到全新的六軸四聯(lián)動數(shù)控高速滾齒機的開發(fā)。滾齒機加工（鋼件）全部采用濕式滾齒方式。目前，國內(nèi)主要滾齒機制造商重慶機床廠及南京二機床有限責任公司生產(chǎn)的系列數(shù)控高效滾齒機已采取全密封護罩加油霧分離器和磁力排屑器的方式部分地解決環(huán)保問題。世界上滾齒機產(chǎn)量最大的制造商——重慶機床廠從2001年開始研究面向綠色制造的高速干切滾齒技術(shù)，2002年初研制成功既能干切又能濕切的YKS3112六軸四聯(lián)動數(shù)控高速滾齒機，2003年初又開始研制面向綠色制造的YE3116CNC7高速干式切削滾齒機，即將進入商品化階段。
本次所設(shè)計的滾齒機主傳動箱是Y3180系列普通型滾齒機的主要部件之一，該機床主要用于單件、小批和成批圓柱齒輪與蝸輪的銑削加工。機床最大切削模數(shù)8mm，銑削圓柱齒輪最大外徑為800mm，銑刀最大垂直行程長度為350mm，滾刀轉(zhuǎn)速范圍為40~200rpm。在正常情況下，其加工精度要求達到7~8級精度，表面粗糙度Ra達3.2μm。主要設(shè)計任務(wù)是機床主傳動設(shè)計，主傳動箱裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計，分度軸及走刀掛輪架設(shè)計和主傳動箱零件結(jié)構(gòu)設(shè)計。
主傳動箱緊固在床身的背面，其內(nèi)裝有主傳動進給差動機構(gòu)構(gòu)件，主傳動進給與差動掛輪均在其中。牙箱的第一根軸端部連接葉片泵，當主電機開動后，葉片泵開始工作，向機床各部位自動潤滑點供給潤滑油，并向刀架立柱的液壓缸提供壓力油。主傳動箱中的齒輪傳動主要滿足四條傳動鏈的要求，特別是兩條內(nèi)傳動鏈：展成運動鏈和附加運動鏈。主傳動中軸的設(shè)計要同時考慮動載和主傳動箱結(jié)構(gòu)的要求，設(shè)計出來的軸安裝好后不能與其他零部件干涉。在設(shè)計過程中，既要考慮到運動和動力的要求，還要注意不能使結(jié)構(gòu)太臃腫，因此在本滾齒機的主傳動鏈的設(shè)計中對一些傳動比做了適當?shù)恼{(diào)整。
傳統(tǒng)滾齒機在加工過程中有以下特點：(1)滾削齒輪時，應(yīng)用切削液可提高刀具壽命，改善加工表面質(zhì)量和利于排出切削熱而不致引起機床的熱變形。但是，在高速切削過程中切削液的飛濺和形成的油霧對生態(tài)環(huán)境和人類特別有害，變質(zhì)切削液的排放也會嚴重污染環(huán)境。(2)機床漏、混油嚴重。(3)加工成本高。機床的材料用量、能耗、油耗及附加費大，濕式齒輪加工中消耗的切削液及切削液附加裝置的費用占加工成本的20%左右。(4)生產(chǎn)效率低下，加工質(zhì)量差，難以滿足現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的要求。開發(fā)研制新的滾齒機可以使公司擁有更大的市場份額，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益和社會效益，同時在技術(shù)上達到一個新的高度。
第二章 滾齒機總體設(shè)計
2.1總體方案論證
滾齒加工是依照交錯軸螺旋齒輪嚙合原理進行的。用齒輪滾刀加工的過程，就相當于一對螺旋齒輪嚙合的過程。將其中的一個齒輪的齒數(shù)減少到一個或幾個，螺旋角增大到很大，呈螺桿狀，再開槽并鏟背，使其具有切削性能，就成了齒輪滾刀。機床使?jié)L刀和工件保持一對螺旋齒輪副嚙合關(guān)系作相關(guān)旋轉(zhuǎn)運動時，就可在工件上滾切出具有漸開線齒廓的齒槽。滾齒時，切出的齒廓是滾刀切削刃運動軌跡的包絡(luò)線。滾齒時齒廓的成形方法是展成法，成形滾刀旋轉(zhuǎn)運動和工件旋轉(zhuǎn)運動組成的復合運動就是展成運動，再加上滾刀沿工件軸線垂直方向的進給運動，就可切出整個齒長。
其設(shè)計依據(jù)如下：
a) 最大切削模數(shù)8mm；
b) 銑削圓柱齒輪最大外徑800mm；
c) 銑刀最大直徑180mm；
d) 最大加工寬度320mm；
e) 銑刀最大垂直行程長度350mm；
f) 滾刀轉(zhuǎn)數(shù)范圍40~200r/min。
g) 主電機功率及轉(zhuǎn)速5.5kw，1440r/min。
2.2 擬定傳動方案
加工直齒圓柱齒輪時，滾刀軸線與齒輪端面傾斜一個角度，其值等于滾刀螺旋升角，使?jié)L刀螺紋方向與被切齒輪齒向一致。它需具有以下三條傳動鏈：
a) 主運動傳動鏈：電動機M—1—2——3—滾刀，是一條外聯(lián)系得傳動鏈，實現(xiàn)滾刀的旋轉(zhuǎn)運動。其中，為置換機構(gòu)，用以變換滾刀的轉(zhuǎn)速。
b) 展成運動傳動鏈：滾刀—3—4——5—6—工作臺，是內(nèi)聯(lián)系傳動鏈，實現(xiàn)漸開線齒廓的復合成形運動。對單頭滾刀而言，滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件應(yīng)轉(zhuǎn)過一個齒，所以要求滾刀與工作臺之間必須保持嚴格的傳動比關(guān)系。其中換置機構(gòu)為，用于適應(yīng)工件齒數(shù)和滾刀頭數(shù)的變化，其傳動比的要求很精確。由于工作臺的旋轉(zhuǎn)方向與滾刀螺旋角的旋向有關(guān)，故在這條傳動鏈中，還設(shè)有工作臺變向機構(gòu)。
c) 軸向進給運動傳動鏈：工作臺—6—12——11——10—8—7—刀架，是一條外傳動鏈，實現(xiàn)齒寬方向直線形齒形的運動。其中，換置機構(gòu)為，用于調(diào)整軸向進給量的大小和方向，以適應(yīng)不同加工表面粗糙度的要求，軸向進給運動是一個獨立的簡單運動，作為外聯(lián)系傳動鏈它可以使用獨立的運動源來驅(qū)動，這里所以用工作臺作為間接運動源，是因為滾齒時的進給量通常以工件每轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)時，刀架的位移量來計量，且刀架運動速度較低，采用這種傳動方案，不僅滿足了工藝上的需要，還能簡化機床的結(jié)構(gòu)。
圖2-1所示為滾切直齒圓柱齒輪齒輪的傳動原理圖。
圖2-1 滾切直齒圓柱齒輪的傳動原理圖
斜齒圓柱齒輪在齒長方向為一條螺旋線，為了形成螺旋線齒線，在滾刀作軸向進給運動的同時，工件還應(yīng)作附加旋轉(zhuǎn)運動B3（簡稱附加運動），且這兩個運動之間必須保持確定的關(guān)系：滾刀移動一個螺旋線導程S時工件應(yīng)準確地附加轉(zhuǎn)過1轉(zhuǎn)，因此，加工斜齒輪時的進給運動是一個螺旋運動，是一個復合運動。實現(xiàn)滾切斜齒輪所需成形運動的傳動原理圖如圖2-2所示。其中，主運動、展成運動以及軸向運動傳動鏈與加工直齒輪時相同，只是在刀架與工作臺之間增加了一條附加運動鏈：刀架 -8-9-10-11-12-uy-13-14-u合成-5-ux-6-7-工作臺。
在保證刀架沿工作臺軸線方向移動一個螺旋導程s時，工件附加轉(zhuǎn)過±1轉(zhuǎn)，形成螺旋線齒線。
圖2-2 滾切斜齒圓柱齒輪的傳動原理圖
2.3 確定詳細傳動方案
本次所設(shè)計的Y3180型滾齒機，它主要用于加工直齒和斜齒圓柱齒輪，也可用于手動徑向進給加工蝸輪。因此，傳動系統(tǒng)中共有6條傳動鏈，它們分別是主運動鏈、展成運動鏈、軸向進給運動鏈、附加運動鏈、工作臺的水平送進運動鏈和快速移動刀架的運動鏈。Y3180型機床的傳動系統(tǒng)圖如圖2-3所示。
圖2-3 Y38型機床的傳動系統(tǒng)圖
其傳動路線如下：
a) 主運動：由電動機經(jīng)過三角皮帶輪傳到軸I--軸II—軸IV（或者由軸III—軸IV）中間經(jīng)過變速掛輪，由軸IV—軸V—軸VI—軸VII—滾刀。
b) 展成運動：滾刀主軸傳至分齒蝸輪和工作臺的動力，則由軸V—軸IX經(jīng)過差動機構(gòu)再經(jīng)軸X—軸XI—分齒掛輪—軸XII—軸XIII到工作臺。
c) 進給運動：由軸XIII—軸XIV經(jīng)進給掛輪—軸XV—軸XIX—軸XX—軸XXI—軸XXII的絲桿使刀架滑板上下運動。
d) 附加運動：由軸XV—軸XVI—軸XVII經(jīng)過差動掛輪架—軸XVIII到差動蝸輪副。
e) 工作臺的水平進給：在工作臺下面的床身中間安有一根水平絲桿XXIV通過手柄用方頭扳手來移動工作臺，可作水平進給。
f) 刀架的快速移動：機床刀架的快速移動，是由主電動機來拖動的，將位于操作者一側(cè)床身上的手柄搬到快速位置，則傳動路線由馬達經(jīng)三角皮帶軸I—軸II—軸X—軸XVI—軸XV—軸XIX—軸XX—軸XXI—軸XXII—絲桿旋轉(zhuǎn)快速移動。
其主要四條傳動鏈的表達式如下：
a) 主運動：電動機—滾刀
主電動機—（帶輪）———————滾刀
b) 展成運動：滾刀—工作臺
滾刀—————合成機構(gòu)——分度掛輪———工作臺
c) 進給運動：工作臺—刀架
——進刀掛輪—————刀架
d) 附加運動：刀架—工作臺
刀架————————差動機構(gòu)——合成——分度掛輪———工作臺
2.4 床身
床身為箱型結(jié)構(gòu)，與底座鑄成一個整體，左上部是方形導軌安放工作臺，右上部固定刀架立柱，床身內(nèi)部安裝有差動機構(gòu)，床身后端連出分齒掛輪架背面為主傳動箱，主電動機及冷卻電動機都裝在床身上，方形導軌中間裝一絲杠作移動工作臺之用，在分度掛輪架處的手柄，供銑正齒輪或斜齒輪時操縱使用。
2.5 主傳動箱
主傳動箱緊固在床身的背面，其內(nèi)裝有主傳動進給差動機構(gòu)機件，主傳動進給與差動掛輪架均在其中。主傳動箱的第一根軸的端部連接葉片泵，主電動機開動后，葉片泵被帶動輸出油，供給機床各部位自動潤滑點的潤滑油及刀架立柱的液壓缸壓力油。
2.6 刀架立柱
刀架立柱緊固在床身上方，其中有主傳動的花鍵軸、傘齒輪和垂直進給絲桿，另外還有平衡刀架滑板的液壓油缸。刀架滑板置于V型導軌上，前面是操縱板（電氣按鈕）。另裝有手柄供手動升降刀架滑板之用。手搖升降刀架時，先將手柄搬至“開”位置將給合子脫開，使搖動輕便。
2.7 滾刀牙箱
滾刀牙箱固定在刀架滑板上，滾刀主軸孔為莫氏4號錐度，滾刀心軸插入此孔，用拉緊螺栓將心軸固牢拉緊在主軸上。為了保證主軸與前軸承的適當間隙，將前軸承做成外錐并開口。調(diào)整軸承上的兩個螺母，可以使前軸承座軸向移動，使前軸承孔收縮便可消除主軸與軸承間過大的間隙。
后軸承可與主軸一起沿著軸線移動40毫米，以便在滾刀工作部分磨鈍時，把鋒利的部分移到切削部分來工作。移動后軸承是利用與后軸承相連的鉗在滾刀牙箱殼體上的調(diào)整緊鎖螺栓進行的，因為牙箱上套裝后軸承的孔是開口的。調(diào)整時應(yīng)首先將拉緊開口的鎖緊螺栓松開，調(diào)整好后并把它擰緊。松開壓緊螺釘，搖動手柄，可以使?jié)L刀牙箱轉(zhuǎn)動一定角度。
2.8 工作臺
工作臺為箱形，裝在床身的方形導軌上，工作臺殼體以其環(huán)形表面支承工作臺，并以其錐孔來定工作臺中心。分度蝸輪與工作臺殼體連在一起，分度蝸桿與工作臺座連在一起。內(nèi)殼體油室可提供潤滑油潤滑分度蝸輪副。
2.9 外支架
外支架固定在工作臺殼體上，它上面有燕尾形導軌。支承工件心軸的支臂，可沿導軌移動。支臂上有一專用手柄，供支臂夾緊在支架上之用。當使用外支架時，最大加工直徑為450毫米。超過450毫米，就應(yīng)取下外支架，才可以加工。
第三章 主傳動鏈的設(shè)計
主運動鏈從電動機到滾刀，其傳動路線表達式如下：
主電動機—（帶輪）———————滾刀
運動平衡式為：
3.1 主電動機的選擇
主切削力的估算：
滾齒切削的最大扭矩（用鑄鐵齒輪計算）
(kgf.m) (3-1)
(kgf.m) (3-2)
式中:為切削深度系數(shù)是切削深度a和齒高的比值，
Z為所要加工齒輪的齒數(shù)
、、分別為工件材料、齒輪螺距角、工件硬度修正系數(shù)；
模數(shù)8mm；
進給量?。?
切削深度取340mm；
。
切削速度
查得，，，根據(jù)式(3-1)得:
(kgf.m)
(kgf.m)
根據(jù)，，滾刀直徑mm，得:
取效率，則機床電動機的功率：
選電動機功率，為滿足轉(zhuǎn)速和滾齒機結(jié)構(gòu)的要求，選擇電動機的轉(zhuǎn)速為。
查機械設(shè)計手冊V2.0（軟件版）選擇的電動機的型號為：Y132S-4。
3.2 傳動比的計算及分配［22］
根據(jù)要求本次設(shè)計的滾齒機的最低轉(zhuǎn)速為40r/min，電動機的轉(zhuǎn)速為1440r/min,可求得主傳動的總傳動比：
=
如圖2-3所示，滾齒機采用5級變速。
其傳動比的分配如下：
第二級變速：齒輪變速
選擇傳動比，查[22]表7.3-14，選用齒輪對：
則實際傳動比。
誤差為=2%<，滿足要求。
第三級變速：掛輪組變速
變速掛輪組如下：28/22，35/25，32/28，38/32，25/35，22/38，18/42。其對變速掛輪決定滾刀軸的變速范圍。
第四級變速：齒輪變速
選擇傳動比=1.15，查表7.3-14，選用齒輪對：
則實際傳動比。
誤差為=1.7%<，滿足要求。
第五級變速：齒輪變速
選擇傳動比，查表7.3-14，選用齒輪對：
則實際傳動比。
誤差為0，滿足要求。
第一級：帶輪變速
對第三級變速掛輪來說，當使?jié)L刀軸達到最低轉(zhuǎn)速40r/min時，所選用的掛輪對必須是傳動比最大的那對，即42/18。
總傳動比的校核：
===36
實際傳動比等于理論傳動比。
3.3 V帶的設(shè)計計算
在V帶的設(shè)計計算中所用到的圖表均指[18]中的圖表。
⑴ 選擇V帶型號
根據(jù)文獻[5]中查表4.6得工作情況系數(shù)。
a)確定計算功率
b) 選擇V帶型號
按、查圖4.11，選A型V帶。
⑵ 確定帶輪直徑、
a) 選取小帶輪直徑
參考圖4.11及表4.4，選取小帶輪直徑。
b) 驗算帶速
V在5～25內(nèi)，合適。
c) 確定從動帶輪直徑
⑶ 確定中心距和帶長
a) 初選中心距
由式（4.23）
取
b)求帶的基準長度
由式（4.24）
根據(jù)文獻[5]中查表4.2得
c) 計算中心距
由式（4.25）
d) 確定中心距調(diào)整范圍
由式（4.26）
≈360mm
≈309mm
⑷ 驗算小帶輪包角
合適
⑸ 確定V帶根數(shù)Z
a) 確定額定功率
由，及，查表4.5，得單根A型V帶的額定功率分別為1.14和1.32，用線性插值法求時的額定功率值：
b) 確定V帶根數(shù)Z
由式（4.28），
確定 根據(jù)文獻[5]中查表4.7得
確定包角系數(shù) 根據(jù)文獻[5]中查表4.8得
確定長度系數(shù) 根據(jù)文獻[5]中查表4.2得
計算V帶根數(shù)z 根根
取根，合適。
3.4 主傳動鏈的動力計算
3.4.1 第二級變速齒輪的動力計算
齒輪對參數(shù)為：，
(3-3)
下列計算中用到的圖表均出于徐錦康主編：機械設(shè)計，高等教育出版社一書。
a) 計算K
查表6.2，選擇使用系數(shù)。
查圖6.10得動載系數(shù)。
查圖6.13得齒向載荷分布系數(shù)
b) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
取帶輪傳動的機械效率
P=
c) 大小齒輪的接觸疲勞強度極限，
取
由=27查表6.4得，
滾齒機的工作壽命為10年，每天工作300天。
按齒面硬度查圖6.9得大小齒輪的接觸疲勞強度極限：
，
。
d) 彎曲疲勞壽命系數(shù)，
查圖6.7取=0.8，=0.85
e) 計算許用應(yīng)力，
取彎曲疲勞安全系數(shù)=2，應(yīng)力修正系數(shù)=1.6
得：==
==
將K=1.42,，，，，=128，=27代入式(3-1)，得，取 。
3.4.2 第三級變速齒輪(錐齒輪)的動力計算
齒輪對參數(shù)為：，
(3-4)
下列計算中用到的圖表均出于徐錦康主編：機械設(shè)計，高等教育出版社一書。
a) 計算K
查表6.2，選擇使用系數(shù)。
查圖6.10得動載系數(shù)。
查圖6.13得齒向載荷分布系數(shù)
b) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
取帶輪傳動的機械效率
P=
c) 大小齒輪的接觸疲勞強度極限，
取，，有
則錐齒輪的當量齒數(shù)。
由=32查表6.4得，。
滾齒機的工作壽命為10年，每天工作300天。
按齒面硬度查圖6.9得大小齒輪的接觸疲勞強度極限=240MPa，=220MPa。
d) 彎曲疲勞壽命系數(shù)，
查圖6.7取=0.88，=0.90。
e) 計算許用應(yīng)力，
取彎曲疲勞安全系數(shù)=1.4，應(yīng)力修正系數(shù)=2，
得：===301.7MPa
===282.86MPa
將K=1.42,, ,，, =24，，=301.7MPa, 代入式(3-1)。得，取齒輪標準模數(shù) m=4.5。
3.4.3 第四級變速齒輪的動力計算
齒輪對參數(shù)：，
(3-5)
a) 計算K
查表6.2，選擇使用系數(shù)。
中查圖6.10得動載系數(shù)。
查圖6.13得齒向載荷分布系數(shù)。
b) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
取帶輪傳動的機械效率
P=
c) 大小齒輪的接觸疲勞強度極限，
取
由=27查表6.4得，
滾齒機的工作壽命為10年，每天工作300天。
按齒面硬度查圖6.9得大小齒輪的接觸疲勞強度極限=240MPa，
=220MPa。
d) 彎曲疲勞壽命系數(shù)，
查圖6.7取=0.88，=0.90
e) 計算許用應(yīng)力，
取彎曲疲勞安全系數(shù)=1.4，應(yīng)力修正系數(shù)=2
得：===301.7MPa
===282.86MPa
將K=1.42,, ,，,
=301.7, =20代入式(3-3)。得，取 。
根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要，主傳動鏈中還有三對等速傳動的齒輪，其參數(shù)分別如下：
從II軸到III軸的齒輪：
，
，，
從V軸到VI軸的錐齒輪：
，,
mm，mm
mm
從VI軸到VII軸的錐齒輪：
，,
，
3.5 主傳動鏈中軸的最小徑的估算
a) I軸
材料：45鋼調(diào)質(zhì)
(3-6)
查表11.3取計算常數(shù)c=120。
，代入式(3-4)得：
，考慮強度要求取。
b) II軸
材料：45鋼調(diào)質(zhì)
，查表11.3取c=120，
==23.73mm
取mm
c) III軸
材料：45鋼調(diào)質(zhì)，軸Ⅲ的最小軸徑大于Ⅱ軸的最小徑就可以滿足強度要求。即mm，取mm。
d) IV軸
材料：45鋼調(diào)質(zhì)
，查表11.3得c=110,kW
==31.5mm
取mm。
e) V軸
材料：45鋼調(diào)質(zhì)，，查表11.3取c=110，
==30.37mm
取mm。
f) VIII軸
材料：45鋼調(diào)質(zhì)，，查表11.3取c=110，
==42mm
取。
g) XXIII軸
材料調(diào)質(zhì)：45鋼，，查表11.3取c=120,
==20.6mm
取mm。
h) XVI軸
材料：45鋼調(diào)質(zhì)，，查表11.3取c=120,。
==20.8mm
取mm。
i) XV軸
材料：45鋼調(diào)質(zhì)，，查表11.3取c=120,。
==15.4mm
取。
j) XIX軸
材料：45鋼調(diào)質(zhì)，，查表11.3取c=120,。
==22.1mm
取mm。
j) XX軸
材料：45鋼調(diào)質(zhì)，，查表11.3取c=110,kW。
==28.2mm
取mm。
其結(jié)構(gòu)尺寸見零件圖。
第四章 主傳動箱裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計
主傳動箱選用的材料為HT250，因為灰鑄鐵價格比較便宜，是應(yīng)用最廣泛的鑄鐵材料，在各類工廠的總產(chǎn)量中灰鑄鐵占80%以上。在鑄鐵中HT250適合于較大載荷和重要零件。在本類型機床中，主傳動箱要保證尺寸，不容易變形，而且要有較好的表面硬度和耐磨性，所以通常要對灰鑄鐵進行熱處理。鑄件在鑄造冷卻過程中容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從而導致變形和裂紋，針對主傳動箱結(jié)構(gòu)復雜而且精度要求較高，就要進行消除內(nèi)應(yīng)力退火。除此之外，進行表面淬火也可使其工作表面有較高的硬度和耐磨性。
主傳動箱是滾齒機的重要部件。它是變速和傳遞各主軸運動動力的部件。傳動箱緊固在床身的背面，其內(nèi)裝有主傳動進給差動機構(gòu)構(gòu)件，并且主傳動進給、差動掛輪均在其中。牙箱的第一根軸端部連接葉片泵，當主電機開動后，葉片泵被帶動負責向機床各部分自動潤滑點提供潤滑油及向刀架立柱的液壓缸提供壓力油。
其結(jié)構(gòu)示意圖如下，詳細結(jié)構(gòu)見附件里的主傳動箱裝配圖。
圖4-1 主傳動箱殼體結(jié)構(gòu)示意圖
1、5、12、18、20—六角螺釘；2—內(nèi)螺紋孔錐銷；3、6—托座；4—掛輪架；7—錐尾固定螺釘；
9、14—蓋；10—半圓頭螺釘；11—主傳動箱殼體；13、16—內(nèi)六角螺釘；15—內(nèi)螺紋錐銷；
8—紙墊；17、19、22—接盤；23—直角接頭；24—管接頭；25—管套；26—螺帽；
4.1 主傳動箱內(nèi)分齒掛輪的調(diào)整
銑切螺旋齒輪時需要使用差動裝置，所以此時就應(yīng)該使床身尾部的手柄2扳至接通位置，使它接上差動蝸輪，這時雖然在“e”“f”輪搭成1:1的傳動，因差動傳動比為1:2，所以分齒掛輪的調(diào)整公式應(yīng)為，這是由于此時即使差動蝸輪不動，軸IX與X也是1:2的傳動了，故此應(yīng)該按照上述公式搭分齒掛輪。
4.2 主傳動箱內(nèi)差動掛輪的調(diào)整
差動掛輪架是根據(jù)下列公式調(diào)整：
(4-1)
式中：——法向模數(shù)
——滾刀頭數(shù)
——被加工齒輪的螺旋角
如何計算出搭配齒輪的齒數(shù)，是實際工作中遇到的困難，雖然計算方法很多，但這些方法計算出的齒輪不一定是機床上備有的齒數(shù)的齒輪，或是計算出的齒輪達不到機床精度要求。
有鑒于此，對于掛輪的選擇可根據(jù)山達可夫“掛輪選取表”來選擇，例如：
設(shè)被加工的螺旋齒輪為：
=100 m=4.5 =1
右旋，用逆銑法。
（因比值0.88752，在掛輪選取表沒有，可另取比值0.88751，其實際誤差為0.00001，此差數(shù)對于加工7級精度齒輪無影響。）
按此比值于掛輪選取表中查得此數(shù)為。若此比數(shù)的齒輪已被分度掛輪所占用，那么應(yīng)該按照表上另一近似值再來計算重配差動交換齒輪，或重新計算分度掛輪也可以。
如果差動掛輪架的交換齒輪已被進給掛輪所占用，則進給交換齒輪可以由相近似齒數(shù)的齒輪來代替。
4.3 變速掛輪的調(diào)整
變速掛輪調(diào)整時根據(jù)被加工齒輪速度的要求，參照速度計算圖選擇變速掛輪和滾刀。根據(jù)不同的掛輪組產(chǎn)生不同的滾刀轉(zhuǎn)速，再選用不同的滾刀，同種轉(zhuǎn)速形成不同的線速度，利用對數(shù)坐標建立如下速度圖。速度計算圖如下：
圖4-2 速度計算圖
第五章 分度軸及走刀掛輪架的設(shè)計
5.1 確定分度軸的材料及熱處理方法
軸的常用材料是碳素鋼、合金鋼及球墨鑄鐵。碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性低，熱處理及化學處理可得到較高的綜合力學性能（尤其在耐磨性和抗疲勞強度兩個方面），應(yīng)用最多。滾齒機上的分度軸要有好的耐磨性和抗疲勞強度，所以，選用碳鋼，分度軸的材料采用45優(yōu)質(zhì)碳素鋼。先進行調(diào)質(zhì)HB220～250，再部分采用高頻淬火。使抗拉強度極限，屈服極限，彎曲疲勞強度，剪切疲勞強度，許用彎曲應(yīng)力。
5.2 分度軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)主要取決于軸在機器中的安裝位置及形式；軸的毛坯種類；軸上作用力的大小和分布情況；軸上零件的布置及固定方式；軸承類型及位置；軸的加工工藝及其它要求。不論具體情況如何，軸的結(jié)構(gòu)一般滿足以下幾個方面的要求：（1）軸和軸上的零件要有準確的工作位置；（2）軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；（3）軸應(yīng)具有良好的制造工藝性；（4）軸的受力合理，有利于提高強度和剛度；（5）節(jié)省材料，減輕重量；（6）形狀及尺寸有利于減小應(yīng)力集中。
階梯軸各軸段直徑的變化要求：配合性質(zhì)不同的表面，直徑應(yīng)有所不同；加工精度、粗糙度不同的表面，一般直徑應(yīng)有所不同；還應(yīng)便于軸上零件的裝拆。通常從軸端最小直徑開始考慮軸上配合零部件的標準尺寸、結(jié)構(gòu)特點和定位、固定、裝拆、受力情況對軸結(jié)構(gòu)的要求，依次確定各軸段的直徑。
根據(jù)以上規(guī)則設(shè)計出其結(jié)構(gòu)，示意圖如下：
圖5-1 分度軸示意圖
其詳細結(jié)構(gòu)見附件里的分度軸。
5.3 分度軸強度的校核
對分度軸進行受力分析，由于分度軸除了受到本身重力的作用，在x，y，z三個方向上沒受到其他力的作用，因而不承載彎矩，只受扭矩的作用。可將其力學模型簡化如下：
圖5-2 分度軸簡化的力學模型
此力學模型為圓軸扭轉(zhuǎn)，橫截面上每個點都處于純剪切狀態(tài)，切應(yīng)力沿徑向線性分布，橫截面上最大切應(yīng)力位于圓軸表面。
查[12]表11.2軸的常用材料及其主要力學性能，得。
軸的最大許用彎矩： (5-1)
根據(jù)材料力學可知：實心圓截面的抗扭截面模量為 (5-2)
空心圓截面的抗扭截面模量為 (5-3)
式中為軸的外徑，（為截面的內(nèi)徑）。
對應(yīng)其結(jié)構(gòu)可知，危險截面可能在兩個位置，即在裝齒輪和蝸桿的兩處，他們的外徑分別為mm，mm。
將數(shù)據(jù)代入式5-1，得1截面處，2截面處。
分度軸在工作時傳遞的最大轉(zhuǎn)矩:
=
軸在工作時傳遞的最大轉(zhuǎn)矩小于截面1和2處的許用彎矩。
若1截面處看作空心截面，且，則
得，可知當1截面為空心截面的時候也滿足強度要求。
分度軸滿足強度的要求。
5.4 走刀掛輪架的設(shè)計
走刀掛輪架的材料采用HT200，正火處理。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：
圖5-3 走刀掛輪結(jié)構(gòu)示意圖
分度軸與走刀掛輪架為一個部件，走刀掛輪與分度軸的裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系見附件2分度軸及走刀掛輪架裝配圖。
第六章 結(jié)論
所設(shè)計的機床為Y3180系列普通型滾齒機，機床主要用于單件、小批和成批圓柱齒輪的加工，滾齒機的主傳動箱傳動級數(shù)少 ，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，主傳動箱中的零件絕大多數(shù)采用標準件，使制造成本大大降低。能實現(xiàn)的轉(zhuǎn)速范圍為40～200r/min, 銑刀的最大垂直行程長度為350mm。在主傳動箱的設(shè)計中，為了保證結(jié)構(gòu)緊湊，對主傳動鏈中的傳動比做了適當?shù)恼{(diào)整。設(shè)計出的主傳動箱能使機床滿足強度、剛度、壽命、工藝性與經(jīng)濟性等方面的要求，滿足加工要求，保證加工精度，并使機床運行平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)合理，裝卸方便，便于維修與調(diào)整。
為期三個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，回顧整個過程，我覺得收獲很大。畢業(yè)設(shè)計是檢查學生綜合設(shè)計能力的一個重要環(huán)節(jié)，是對學生獨立設(shè)計能力的一次考驗。通過理論與實踐相結(jié)合，找出了我在設(shè)計中的不足之處和能力欠缺之處，加深了我對所學理論知識的理解和掌握，強化了畢業(yè)設(shè)計中的感性認識，提高了獨立創(chuàng)新設(shè)計的能力。通過深入實踐，我體會到理論聯(lián)系實際的必要性，認識到在學校學過的許多知識與解決實際生產(chǎn)問題還有很大的差距，而縮短差距的方法只有到實踐中去。只有到實踐中去才能真正的鍛煉自己。向生產(chǎn)實踐學習，了解與課題有關(guān)的生產(chǎn)線、設(shè)備、工藝等實際知識，使我對機械設(shè)計方面的知識有了更深一層的了解。
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致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)已經(jīng)順利完成，但由于本人理論知識水平有限，缺乏實際經(jīng)驗，設(shè)計成果中難免會留下一些不足，在此懇請各位專家、老師以及同學批評與指正。
在畢業(yè)設(shè)計期間，十分感謝指導老師邢青松自始至終認真負責的指導、督促，引導和幫助我克服了種種困難，給了我很大的幫助，同時還得到了其他老師和同組同學們的幫助，也在此深表謝意！
附 錄
序號 圖 名 圖 號 圖幅 張數(shù)
1 主傳動箱裝配圖 y38-21001 A0 1
2 分度軸及走刀掛輪架裝配圖 y38-21002 A0 1
3 滾齒機總圖 y38-11001 A0 1
4 支撐 y38-21012A A2 1
5 托座 y38-21022A A3 1
6 皮帶輪 y38-21017 A3 1
7 分度軸 y38-21233 A3 1
8 軸 y38-21204 A3 1
9 軸 y38-21217 A3 1
10 軸 y38-21218 A3 1
11 傳動系統(tǒng)圖 y38-10000 A3 1
12 齒輪 y38-21210 A4 1
13 齒輪 y38-21222 A4 1
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