YK3180滾齒機傳動機構設計【含CAD圖紙、SW三維、說明書】
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畢業(yè)論文（設計）
題目名稱： YK3180滾齒機傳動機構設計
所在學院：
機械工程學院
專業(yè)（班級）：
機械設計制造及其自動化機英145
學生姓名：
指導教師：
評閱人：
院 長 ：
YK3180滾齒機傳動機構設計
總計：畢業(yè)論文： 44 頁
表 格： 3 表
插 圖： 10 幅
指導教師：
評 閱 人：
完成時間：
摘 要
滾齒機傳動機構是構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鍵機構。滾齒機傳動系統(tǒng)設計的重點問題是構建范成傳動鏈，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滾齒機傳動機構的設計計算。以闡述課題研究的主要內容和滾齒機傳動機構的現(xiàn)狀、未來的發(fā)展趨勢開始，對比分析了滾齒機傳動機構的多種設計方案，并且找出了最佳方案，最后對滾齒機傳動機構部分進行了設計計算。滾齒機的傳動機構設計是將主電機驅動的旋轉運動通過齒輪副和蝸輪副轉化為刀具與工件所形成的嚙合運動。在設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?？傮w結構設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的設計和改良可以提高滾齒機的生產效率、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)的滾齒機傳動機構進行改進和優(yōu)化，使得此種類型的滾齒機傳動機構的使用范圍更廣泛，更加靈活，并且對今后的選型設計工作有一定的參考價值。
關鍵詞：滾齒機；傳動機構；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 傳動機構方案設計 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 主傳動機構的結構圖及傳動示意圖 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 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 本設計的研究意義及目的
滾齒機傳動機構的設計是制造滾齒機的關鍵組成部分，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。滾齒機傳動系統(tǒng)設計的主要內容是構建范成傳動鏈，該傳動鏈的精度從根本上決定了機床的加工精度。滾齒機的傳動機構設計應用的體現(xiàn)，是將主電機驅動的旋轉運動通過齒輪副和蝸輪副轉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的設計優(yōu)劣，將直接決定了所加工齒輪的效率是否高、結構是否緊湊、工作起來是否可靠且壽命長，以及所生產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的設計和改良可以提高滾齒機的生產效率、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動作旋轉運動；刀架可沿立柱導軌垂直移動，還可繞水平軸線調整一個角度。工件裝在工件軸上，由分度蝸輪副帶動旋轉，與滾刀的運動一起構成展成運動。滾切斜齒時，差動機構使工件作相應的附加轉動。工作臺(或立柱)可沿床身導軌移動，以適應不同工件直徑和作徑向進給。隨著數(shù)控技術的發(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，由此便產生了數(shù)控滾齒機的出現(xiàn)。
滾齒機傳動設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動形成旋轉運動；刀架可以在立柱導軌進行垂直移動，也可以通過水平軸調整角度。工件安裝在工件軸上并由分度蝸輪副進行回轉運動，該分度蝸桿副隨著滾刀的運動一起構成展成運動。當滾切斜齒輪時，差動機構使工件進行附加的旋轉。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、生產技術在不斷創(chuàng)新，生產企業(yè)對滾齒機的效率和可靠性的要求日益提高。此外，高質量和高度的數(shù)字化是所有生產者的關鍵考慮因素，因為其數(shù)字化程度越高，其生產效率越快。而生產效率、可靠性是產品的必備要求，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，即直接驅動，使電機將動力直接供給到滾刀旋轉、工件軸回轉、進給運動等各個方面，最為有效的簡化了機械傳動的結構，使?jié)L齒機的動靜剛度得以提高，為其設計重構及發(fā)展方向提供了更大的空間。
技術層面實現(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式滾齒機兩種。隨著生產技術和生產能力的不斷提高，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。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，生產環(huán)境的質量得以改善。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，生產商對于干式切削技術的青睞也會越來越多。近年來，國內外的滾齒機生產廠商對于高速干式的切削技術不斷追求，這也是使干切削成為主流的一大重要因素。
2 傳動機構方案設計
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，不需要專門設計專用的機床。根據(jù)齒輪的齒廓為漸開線這一標準，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。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，而與被切齒輪的齒數(shù)無關。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，從而設計出相關的傳動機構。
圖2.1 范成法加工原理圖
2.2 方案設計選擇
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，構件工作穩(wěn)定，傳動比較平穩(wěn)，多用于動力的轉化，尤其適用于電機，能夠滿足較大的軸間距，簡單的結構也方便安裝維修成本低。
缺點在于輪廓大，帶有滑動，無法在分度鏈使用，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
這種傳動結構的傳動效率不高，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，它的結構簡單，傳動比穩(wěn)定精準，但成本高，磨損大。
周轉輪系
當輪系運轉時，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輪系。周轉輪系的傳動比范圍特別大，可以實現(xiàn)速度大的轉化。
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，調速范圍大；構件的慣性力小，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致其傳動比不精準，不穩(wěn)定；并且裝置的安裝損壞過程會混入空氣，是其產生噪音。
方案三氣壓裝置：優(yōu)點：環(huán)保污染小，用空氣做為介質，沒有廢棄物的產生，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 主傳動機構的結構圖及傳動示意圖
2.4.1 主傳動機構結構圖
圖2.5 主傳動機構結構圖
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計
2.5.1 輸出端滾刀的轉速
由已知條件和所設計的指標：
設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速需求：
V= （2-1）
在設計中，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=
，轉化成轉速
2.5.2 滾刀輸出的切削功率：
根據(jù)機械設計手冊，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變化。為了P輸出足夠大的功率，我們應該盡可能地選擇、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。
結合上述內容，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)：
傳動設計中總的效率計算:
η=ηη, （2-3）
查得相關手冊，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滿足的功率要求：：
P= Pη=2.016KW （2-4）
電動機轉速應滿足的要求：
根據(jù)設計所需的滾刀轉速n=44~140
將滾刀的轉速范圍分級，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。本設計的主要設計研究對象是加工直齒圓柱齒輪的滾齒機傳動機構，因此，在傳動機構設計方面，我主要設計了滾齒機床的主傳動機構，即主電動機到滾齒刀的傳動鏈設計，通過設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，包括其關聯(lián)的換置機構。在設計主傳動鏈的過程中，需要根據(jù)相關的兩末端件構成的完整路線去逐步分析設計出中間傳動鏈。因為本次設計主要考慮的是主傳動設計，于是我從兩末端件電動機和滾刀設計，設計主要的傳動路線。
3.2 主傳動鏈的計算
3.2.1 依據(jù)設計標準，利用公式求出下列結果
各軸轉速：
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：滾刀轉速為44～140
利用公式： ＝=
經過計算可得具體滾刀的轉速：
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)
與電機相連結的軸的轉矩：
＝9550＝9550×＝26.53 N·m
查閱相關資料，根據(jù)設計的要求，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速，由滾刀的轉速求出 × 構成的換速傳動比，基于以上的原理確定變速齒輪副的齒數(shù)。
根據(jù)所選定的滾刀轉速，去設計工作所需要的滾到直徑D，查閱機械設計手冊利用公式： ＝ r/min
通過下圖的內容選擇相應的滾刀直徑，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 電機帶輪設計
帶輪的作用是將電機的轉矩及轉速傳動給主傳動箱，所以在設計過程中需要依據(jù)電動機的相關參數(shù)來進行，為了使工作的要求符合設計標準，設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
額定轉速
傳動比 i=1.435
3.3.1 計算功率P
根據(jù)機械設計手冊，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
為了保證設計的要求，參考機械設計6圖8-10，依據(jù)P，選用A型帶。
3.3.3 計算帶輪基準直徑及帶速v
初選小帶輪的基準直徑：
根據(jù)機械設計6表8-6和表8-8取小帶輪的基準直徑=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計標準，這樣在使用壽命期間齒輪能夠有足夠的相應的工作能力，在設計過程中我采用分析齒輪的疲勞強度進行設計，主要遵循兩大準則，從齒根和齒面的接觸強度和彎曲強度計算入手，進而完成設計。
4.1第一對齒輪設計
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，調質處理的材料，加工精度選為7級。
4.1.2 根據(jù)設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)齒面接觸強度設計
利用設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）小齒輪可傳轉矩的量值：
T2 (4-2)
3）利用機械設計中查表選定齒寬系數(shù)
4）同上可選定材料影響導致的彈性系數(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）保證設計質量的應力校驗次數(shù)：
j==3.147 (4-3)
=2.15
7）根據(jù)設計要求，查得接觸疲勞壽命系數(shù)，
8）安全應力疲勞試算：
這里為了方便計算同時設計不失精準，試定失效機率是1%，安全系數(shù)
(4-4)
（2）過程計算結果：
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?。?
(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）通過機械設計手冊查得所設計齒輪的齒形系數(shù)
5）通過機械設計手冊查得所設計齒輪的校正系數(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）完善設計計算
進行計算后的結果可以看出，前者按接觸強度所得的模數(shù)結果比后者彎曲強度所得的結果大，但后者的影響力度更大，對齒輪設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計模數(shù)的結果，因此我取 m=2mm是模數(shù)結果與二者較相符合。
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 第二對齒輪設計
根據(jù)相關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）為保證設計準確，令彈性系數(shù)
5) 分別確認小和大齒輪的極限疲勞強度
6）保證設計質量的應力校驗次數(shù)
N=60j=6014301(830010)=2.05910 （4-19）
N=5.15
7) 由機械設計手冊可以得到，按齒輪表面接觸設計的壽命系數(shù)
=0.92，=0.95
8） 根據(jù)機械手冊，利用相關公式，求得安全應力可用范圍
這里為了方便計算同時設計不失精準，假定失效概率1%，安全系數(shù)S=1
（4-20）
（4-21）
（2）代入數(shù)值求結果
1）利于上面選擇的公式，取的較小值，代入設計公式中計算小齒輪
=2.32mm
=60.521mm （4-22）
2）求齒輪轉速V
（4-23）
3）為了確保所設計齒輪的可靠性，加入校核過程，利用實際載荷調整
（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計
所依據(jù)的設計公式
（4-25）
1）明確選擇參數(shù)大小
根據(jù)機械設計手冊，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)所設計齒輪的模數(shù)和齒數(shù)查手冊可得其應力校正系數(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
進行計算后的結果可以看出，前者按接觸強度所得的模數(shù)結果比后者彎曲強度所得的結果大，但后者的影響力度更大，對齒輪設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計模數(shù)的結果，因此我取 m=2mm是模數(shù)結果與二者較相符合。
（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）
通常彎矩所產生的彎曲應力為變應力，而由扭矩所產生的扭轉切應力常常不是對稱循環(huán)應力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計算應力為：
而輸出軸所受的扭轉切應力為脈沖循環(huán)變應力，取=0.5
（5-8）
各參數(shù)：——軸上彎扭應力（Mpa）
M——軸上彎矩（N·mm）
T——軸上扭矩（N·mm）
W——抗扭及彎系數(shù)（）
——許用彎曲應力在受循環(huán)的對稱應力時
查閱資料可得材料45鋼的許用彎曲應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)：
以及軸的截面扭轉剪切應力系數(shù)：
加上軸的表面質量系數(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。
5.3 依據(jù)靜強度進行安全校核
校核軸受到靜強度所產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準。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。靜強度校核的關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準。
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，于是滿足彎曲剛度要求。
5.4.2校核扭轉剛度
進行校核的要求： （5-22）
已知，計算扭轉角的公式為：
（5-23）
通過查表得：
則，滿足扭轉剛度要求。
4 結 論
通過查閱國內外文獻，我深刻的認識到我所設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的零件，設計好的滾齒機首要一點是能夠加工出高精度高品質的齒輪，而滾齒機的傳動部分對于所生產齒輪的精度影響恰恰是最為重要的一個因素，好的傳動機構設計，對于生產效益也是有非常重要的作用，傳動機構設計的優(yōu)秀對于提高生產效率、減少生產污染、降低生產噪音都是有巨大的幫助的。通過對傳統(tǒng)的傳動機構進行改良和優(yōu)化，豐富了滾齒機的選擇內容，為今后的選型工作提供了一些參考價值。我所設計的題目是YK3180滾齒機的傳動機構設計，設計到這里，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)學習過程的中所學到的知識。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問是多么不容易。
通過此次設計，我學習到了許多課本中學不到知識與經驗，當然這期間離不開老師的耐心幫助與指導，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，讓我明白設計就是鐵杵磨成針的過程，精益求精這樣的理念在設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）
直驅齒輪滾齒機干切削關鍵技術研究
劉瑞愛,太原理工大學,中國太原liurunai@163.com
呂明,太原理工大學,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，環(huán)保在內的各個方面的發(fā)展趨勢，并介紹了直切滾齒機干切的設計原理，突破了提出了滾齒機傳統(tǒng)的結構設計理論。直接驅動滾齒機采用的內置的電機主軸和DDR轉矩電動機，其直接驅動旋轉刀具和工作臺，并且完全取消高精密齒輪，并在機器傳輸蝸輪的技術，從而通過電源直接驅動機床的工作部件。這里詳細分析研究了直切齒輪滾齒機干式切削的關鍵技術，如總體布置技術，床身和切屑系統(tǒng)設計技術，滾刀軸和工件主軸結構設計技術。對于高速高精度直驅齒輪箱的研究和開發(fā)具有重要的理論意義和實用價值。
關鍵詞：直接驅動;滾齒機;結構設計
一 導言
隨著數(shù)控，高速，高精度，直驅，環(huán)保等滾齒機的發(fā)展趨勢，對直驅滾齒機進行了研究。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。它們分別由內置主軸電機（用于滾刀主軸的電動主軸）和內置力矩電機（用于工件主軸的DDR電機）驅動。結構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)展的結果。
二 直驅齒輪滾齒機總體布局研究
在滾齒機設計中，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，復雜程度配置，外觀等。同樣，它也決定了整機的技術和經濟能力。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）自動化程度和生產效率的滾齒機;
6）工件的尺寸，形狀和重量;
7）它應該為減少熱變形和它的影響力;
8）應使機器操作方便調整，加工裝配工藝和維修方便程度;
9）它應該使機器美觀，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，夾具設置和對準，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，為了使機床結構緊湊，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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