齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)含6張CAD圖
齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)含6張CAD圖,齒輪,自動(dòng),倒角,設(shè)計(jì),cad
齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
齒輪作為機(jī)械領(lǐng)域中重要的傳動(dòng)零件，它的加工制造一直受到人們的重視。其加工可分為粗加工和精加工。粗加工有滾齒、插齒等，精加工有剃齒、磨齒等。在經(jīng)過(guò)粗加工后，齒的端部會(huì)產(chǎn)生飛邊以及毛刺。由于鋒利的棱角和毛刺的存在，影響其外觀、傳動(dòng)精度、再加工和裝配，并產(chǎn)生傳動(dòng)噪音，以至使齒輪的性能可靠性、壽命和潤(rùn)滑效果下降，更主要的是降低了齒輪的質(zhì)量，而且還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)不能正常工作，因此我們需要考慮給齒輪倒角去毛刺?，F(xiàn)在齒輪加工后的去翻邊毛刺已成為齒輪加工的必要工序。
本設(shè)計(jì)中的倒角并不是指圓柱倒角，而是小倒角，也就是齒廓倒棱，所以我設(shè)計(jì)用磨頭進(jìn)行倒角，即磨棱倒角。由此我設(shè)計(jì)一個(gè)磨棱倒角機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪的自動(dòng)倒角。本文對(duì)齒輪倒角技術(shù)進(jìn)行了分析，并提出了齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的可行性方案。對(duì)機(jī)床進(jìn)行了整體工作原理的設(shè)計(jì)和分析。對(duì)機(jī)床在工作情況下進(jìn)行受力分析，設(shè)計(jì)出傳動(dòng)方案，并對(duì)其傳動(dòng)件進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算。得出了較合理的設(shè)計(jì)方案，解決了大型齒輪磨棱倒角效率低、工時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)的齒輪磨棱倒角機(jī)有較為廣闊的使用前景。
關(guān)鍵詞：齒輪加工；機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；傳動(dòng)系統(tǒng)；磨削；磨棱倒角
Abstract
As an important mechanical part of the machinery field, the processing and manufacturing of the gear has always been taken seriously. Its processing can be divided into rough processing and finishing. It has a rolling teeth, inserted teeth, etc. When processed, the end of the tooth produces a flying edge, usually accompanied by a burr. Due to the presence of sharp edges and burrs, affect the appearance, the transmission accuracy and machining and assembly, and transmission noise, so the performance of the gear reliability, life and lubrication effect, more important is to reduce the quality of the gear, but also will cause the whole mechanical system can not work normally, so we need to consider for gear chamfering deburring. Along with the development of science and technology, the processing of the gear has become higher and higher, and the gear processing has become the necessary procedure of gear processing.
This chamfering in the topic does not mean that the gear end chamfering, but a small chamfer, namely tooth profile chamfer, so I design using the chamfering grinding head, grinding chamfer edges. So I design a grinding machine to make the automatic chamfer of gear. In this paper, the technology of gear chamfering Angle is analyzed, and the feasible scheme of gear automatic chamfering machine is put forward. The design and analysis of the whole principle of machine tool. In the working condition of machine tool, the driving plan is designed and the transmission is designed and calculated. The more reasonable design scheme is obtained, solve the low efficiency of large gear grinding chamfer edges, long hours, design of gear grinding edges there are broad prospects for the use of the chamfering machine.
Key words: gear processing; grinding machine structure design;driving system; grinding; edge grinding and chamfering
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2齒輪磨棱機(jī)研究目的和意義 1
1.3齒輪磨棱機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1
1.4課題概述 3
1.4.1 齒輪磨棱的實(shí)質(zhì)和種類 3
1.4.2 磨棱的作用 3
1.4.3 齒輪磨棱機(jī)的分類及工作 3
1.5 本課題主要研究?jī)?nèi)容 4
第2章 齒輪磨棱倒角運(yùn)動(dòng)分析 4
2.1 隨動(dòng)系統(tǒng) 4
2.2 磨頭的選擇 5
2.3 磨頭的磨削力分析 8
2.4 磨頭位置及角度分析 8
2.4.1 磨頭位置 8
2.4.2 磨棱角度分析 9
2.5 磨削過(guò)程中力平衡分析及調(diào)節(jié) 10
2.6本章小結(jié) 10
第3章 齒輪磨棱機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.1 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)思路 11
3.1.1 待磨削齒輪的規(guī)格 11
3.1.2 預(yù)確定齒輪磨棱機(jī)床的技術(shù)參數(shù) 11
3.1.3 機(jī)床總體機(jī)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)思路 11
3.2 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 13
3.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14
3.2.2 檢測(cè)臺(tái)的設(shè)計(jì)及其它部件的介紹 31
3.3 本章小結(jié) 32
結(jié) 論 33
參考文獻(xiàn) 34
附錄1：外文翻譯 43
附錄2：外文原文 34
致 謝 47
- III -
1 緒論
1.1 課題背景
在大型設(shè)備中的齒輪其模數(shù)和齒數(shù)往往都很大，其質(zhì)量也自然很大，對(duì)這樣的齒輪其裝夾和加工通常都很困難，特別是像齒輪齒廓磨棱這樣的特殊工藝將更為困難。因此目前對(duì)于大型齒輪的齒廓磨棱國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有專門的設(shè)備進(jìn)行，因此有必要針對(duì)大型齒輪的齒廓磨棱的相關(guān)原理進(jìn)行分析并對(duì)機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)。
目前由于沒(méi)有專用的設(shè)備，該工藝都是通過(guò)工人的手工進(jìn)行的。先用磨頭手工粗倒棱，然后用油石拋光，這種做法工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)效率低下，對(duì)工人的操作要求高，而且加工質(zhì)量不高。過(guò)去，用戶對(duì)倒棱的質(zhì)量要求不高，齒輪倒棱不作為很重要的工藝，并且生產(chǎn)任務(wù)量少，手工倒棱可以滿足質(zhì)量和效率的要求，但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，用戶對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，齒輪倒棱不再是可粗可精可有可無(wú)的工藝，已經(jīng)成為很重要的生產(chǎn)工藝，甚至因?yàn)榈估赓|(zhì)量達(dá)不到要求導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，并且生產(chǎn)任務(wù)量也越來(lái)越大，手工生產(chǎn)已滿足不了生產(chǎn)的需要。
因此有必要對(duì)齒端倒棱工藝的原理進(jìn)行分析并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的機(jī)床。以適應(yīng)現(xiàn)代對(duì)齒輪倒棱加工的生產(chǎn)需要。
1.2齒輪磨棱機(jī)研究目的和意義
齒輪作為重要的傳動(dòng)零件，由于毛刺的存在，影響其外觀、傳動(dòng)精度、再加工和裝配，并產(chǎn)生傳動(dòng)噪音，以至使齒輪的性能可靠性、壽命和潤(rùn)滑效果下降，更主要的是降低了齒輪的質(zhì)量[1]。由于毛刺的存在會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)不能正常工作, 使可靠性、穩(wěn)定性降低。當(dāng)存在毛刺的機(jī)器作機(jī)械運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)時(shí), 脫落的毛刺會(huì)造成機(jī)器滑動(dòng)表面過(guò)早磨損、噪音增大。因此我們必須考慮去除齒輪的毛刺。而齒輪磨棱機(jī)恰是一種很好的用于給齒輪去除毛刺的設(shè)備，他在齒輪生產(chǎn)中是極為重要的[3]。齒輪磨棱機(jī)是一種用于給齒輪去翻邊毛刺的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，它采用氣動(dòng)或電動(dòng)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)砂輪片進(jìn)行磨削工作，該機(jī)床為汽車、摩托車、工程機(jī)械、減速器、機(jī)器制造等行業(yè)提供了可靠的裝備，極大的提高傳動(dòng)零件的嚙合精度，有效地降低了傳動(dòng)噪音。
1.3齒輪磨棱機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
隨著生產(chǎn)幾十點(diǎn)發(fā)展和使用要求的提高，齒輪正朝著高精度、高強(qiáng)度、高承載、低噪聲、輕量化及長(zhǎng)壽命方向發(fā)展。對(duì)齒輪輪齒進(jìn)行倒棱是控制齒輪噪聲等的一個(gè)十分重要的工藝措施，已引起國(guó)內(nèi)外齒輪加工制造杭寅普遍的關(guān)注和重視[4]。
19世紀(jì)末，為了磨削插齒刀，在美國(guó)創(chuàng)制了大平面砂輪磨齒機(jī)。20世紀(jì)初，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，德國(guó)研制出錐面砂輪磨齒機(jī)，美國(guó)采用成形砂輪磨削汽車齒輪。1914年，為了提高齒輪精度，瑞士制造出碟形砂輪磨齒機(jī)，采取了補(bǔ)償砂輪磨損等措施。30年代后期，瑞士又研制出蝸桿砂輪磨齒機(jī)，提高了效率。對(duì)美國(guó)產(chǎn)齒輪的研究發(fā)現(xiàn)，美國(guó)無(wú)論是同應(yīng)公司，還是博格華納、GE、BUCYRUS、AllisonTransmissions、TEREX、CAT等公司，生產(chǎn)地?zé)o論是閉塞式與或是開放式的齒輪，均對(duì)其進(jìn)行倒棱。雖然美國(guó)商務(wù)通移動(dòng)齒輪倒棱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但個(gè)公司對(duì)齒輪倒棱有著相同的共識(shí)——必修倒棱，并且按各公司的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)施。國(guó)外對(duì)這一技術(shù)的應(yīng)用十分重視，足以表明齒輪倒棱的重要性和必要性[6]。
中國(guó)的齒輪磨床研究制造已有四十余年歷史，從八十年代初至今近二十多年間發(fā)展較快，制造出七個(gè)系列60余種規(guī)格的齒輪磨床。其中1997年由秦川機(jī)床集團(tuán)有限公司研制成功的YK7250蝸桿砂輪磨齒機(jī)（數(shù)控八軸五聯(lián)動(dòng)）在國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上被有關(guān)專家譽(yù)為“具國(guó)際水平的機(jī)床”，標(biāo)志著中國(guó)齒輪磨床制造技術(shù)水平跨入世界先進(jìn)行列。 隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，齒輪加工業(yè)對(duì)于齒輪加工機(jī)床的性能要求不斷提高，反之，齒輪加工機(jī)床制造業(yè)對(duì)于齒輪加工又具有導(dǎo)向作用，形成有機(jī)的聯(lián)動(dòng)發(fā)展。為此，一批能適應(yīng)社會(huì)科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展節(jié)拍的新產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生[6]。溫嶺市美日機(jī)床有限公司、重慶機(jī)床有限公司、寶雞虢西磨棱機(jī)廠、陜西秦川機(jī)床有限公司、天津第一機(jī)床總廠等眾多廠家都對(duì)齒輪磨棱機(jī)研發(fā)和生產(chǎn)。其中寶雞虢西磨棱機(jī)廠生產(chǎn)的"YM系列齒輪磨棱倒角機(jī)"是由科技人員經(jīng)多年研發(fā)、精心設(shè)計(jì)而成，主要應(yīng)用于各種齒形零件的磨棱倒角加工。該系列機(jī)床已有三項(xiàng)技術(shù)取得了國(guó)家專利，并獲得陜西省優(yōu)秀專利二等獎(jiǎng)。
圖1-1 重慶識(shí)金實(shí)驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的SJ-1C2氣動(dòng)雙磨頭齒輪磨棱倒角機(jī)
1.4課題概述
1.4.1 齒輪磨棱的實(shí)質(zhì)和種類
倒棱實(shí)質(zhì)上是小倒角，也就是在齒輪的齒形加工后對(duì)所有裸露的尖角再倒一個(gè)小倒角為了與齒輪兩端的大倒角相區(qū)別，故稱為倒棱。倒棱是沿輪齒斷面的倒角，是防止由于小的磕碰造成齒面突起而產(chǎn)生噪聲和損傷嚙合齒面的一項(xiàng)重要措施。倒棱又分為齒頂?shù)估夂妄X廓倒棱[8]。
1.4.2 磨棱的作用
1.降低齒輪嚙合時(shí)的噪聲；
2.提高齒輪嚙合精度，減少嚙合沖擊；
3.減小扒齒，延長(zhǎng)齒輪使用壽命；
4.減少熱處理時(shí)的應(yīng)力集中；
5.避免膠合打齒的危險(xiǎn)；
6.在對(duì)硬齒面滾、刮、磨以及滾、刮工藝中有利于刮刀切入，有效地避免打刀和刀刃崩缺；
7.齒輪倒棱后不僅外形美觀，而且比較安全，在齒輪的裝配與調(diào)試中，手不易被劃傷[7]。
1.4.3 齒輪磨棱機(jī)的分類及工作
磨齒機(jī)的工作原理分成形法和展成法(見齒輪加工)兩類。按展成法加工的磨齒機(jī)根據(jù)砂輪形狀可分為 4種：①碟形砂輪磨齒機(jī) ②錐面砂輪磨齒機(jī) ③蝸桿砂輪磨齒機(jī) ④大平面砂輪磨齒機(jī)[4]。
齒輪磨棱機(jī)采用錐形砂輪磨齒, 該磨齒是按齒輪齒條嚙合原理進(jìn)行加工的。 砂輪相當(dāng)于假想齒條上的一個(gè)齒, 工件節(jié)圓沿假想齒條節(jié)線作純滾動(dòng)。工件通過(guò)展成運(yùn)動(dòng)鏈, 作展成運(yùn)動(dòng)( 往復(fù)移動(dòng)和繞自身軸線的反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng))。 移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)必須保持一定的相對(duì)關(guān)系, 即工件轉(zhuǎn)1 轉(zhuǎn), 其移動(dòng)長(zhǎng)度應(yīng)等于磨削節(jié)圓圓周的展開長(zhǎng)度。這樣就可磨出所需的漸開線齒形。 砂輪倒角是將工件( 齒輪)固定于旋轉(zhuǎn)軸并與旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)( 如圖1) , 砂輪片由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn), 砂輪片由于重力的原因作用于齒輪, 齒輪勻速旋轉(zhuǎn), 砂輪片沿著齒輪的邊緣進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng), 將齒輪邊緣的棱邊磨成斜角。由于工件在電機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn), 當(dāng)磨完一個(gè)齒后, 將自動(dòng)磨下一個(gè)齒。這樣只需工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn), 即可完成加工[10]。
1.5 本課題主要研究?jī)?nèi)容
1. 根據(jù)基本技術(shù)參數(shù)，給出齒輪磨棱機(jī)總體結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)方案。
2.進(jìn)行磨削力，功率，運(yùn)動(dòng)行程等方面的計(jì)算，確定各個(gè)零部件的具體外形尺寸并進(jìn)行強(qiáng)度校核。完成總裝圖及部分零件圖。
3.根據(jù)工件所要加工的形狀及尺寸要求，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。
4.傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)。
5.生產(chǎn)能力、磨削力、傳送功率的計(jì)算。
2 磨棱倒角運(yùn)動(dòng)分析
2.1 隨動(dòng)系統(tǒng)
隨動(dòng)系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，輸出量是機(jī)械位移、速度或者加速度。因此隨動(dòng)系統(tǒng)這一術(shù)語(yǔ)，與位置或速度，或加速度控制系統(tǒng)是同義語(yǔ)。在隨動(dòng)系統(tǒng)中，有一類，它的參考輸入不是時(shí)間的解析函數(shù)，如何變化事先并不知道(隨著時(shí)間任意變化)?？刂葡到y(tǒng)的任務(wù)是在各種情況下保證輸出以一定精度跟隨著參考輸入的變化而變化。
微機(jī)位置伺服系統(tǒng)概述在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，把輸出量能夠以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，亦稱伺服系統(tǒng)。
在控制系統(tǒng)中若給定的輸入信號(hào)是預(yù)先未知且隨時(shí)間變化的并且系統(tǒng)的輸出量隨輸入量的變化而變化這種系統(tǒng)就稱為隨動(dòng)系統(tǒng)?？焖俑櫤蜏?zhǔn)確定位是隨動(dòng)系統(tǒng)的兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。
2.2 磨頭的選擇
根據(jù)待加工零件的材料、磨削率以及加工要求的表面粗糙度來(lái)選擇砂輪，這是挑選磨具的一般規(guī)律。砂輪的選取一般按照這幾個(gè)分類進(jìn)行選取：即選取磨粒，選取粒度，選取硬度，選取結(jié)合劑，選取組織，選取形狀，外徑、厚度、內(nèi)徑。
使用結(jié)合劑將較多微小的磨粒凝結(jié)成一定比例形狀的磨削工具稱為磨具，目前所使用的磨料，它的種類可劃分為以下幾種：
剛玉類，氧化鋁（Al2O3）是它的主要成分。硬度低于SiC類，然而其韌性較好，一般用于磨削屬于抗拉能力較強(qiáng)的工件材料（例如鋼料）。還能劃分成白玉剛和棕剛玉，的顏色呈現(xiàn)為棕褐色，和比較，它的硬度小且韌性較好，適宜碳鋼等材料的磨削；和GZ對(duì)比，GB的硬度較高，然而韌性確較低，應(yīng)用于高速鋼精磨淬火鋼等這些工件。另外還存在單晶剛玉，各個(gè)粒子差不多都屬于單晶體，其多面體的形狀為球狀，在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)會(huì)生成這類單晶體，由于GD因?yàn)閷⑤^多晶體進(jìn)行機(jī)械碾碎，然后在砂粒內(nèi)形產(chǎn)生殘余應(yīng)力，所以和GB與GZ比較，它的硬度和韌性都較高，并且磨削性能也高。適宜成型、不銹鋼、以及精密這三類磨削。當(dāng)機(jī)械工件加工時(shí)，因?yàn)榭焖倮鋮s導(dǎo)致產(chǎn)生極微細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)稱為微晶剛玉，很多微小的切削刃存在于各個(gè)砂粒中，GW磨料的韌性比GZ和GB的高且強(qiáng)度也比它們大，并且具有良好的自銳性，這是因?yàn)檫@些微晶穩(wěn)定地結(jié)合在一起。在磨削力很大的情況下，僅失去微小的碎塊，并且在GW處造成刃口，所以磨削效率高以及消耗少是使用砂輪進(jìn)行磨削的特點(diǎn)，對(duì)于難度較大的成型磨削以及磨削不銹鋼等這些特別鋼體材料，包括磨削光潔度，GW比較適用。在提煉GB過(guò)程中加入的氧化鉻用以增強(qiáng)它的磨削能力，這種剛玉稱為鉻鋼玉，顏色一般為紫紅色或者玫瑰紅，與GB的硬度相似，比GB的韌性好，在磨削加工過(guò)程中，難以損壞工件以及產(chǎn)生裂縫，能夠極好的維持砂輪的外形。對(duì)于儀表部件、成型磨削、以及磨削精密部件的光潔度，用GG比較適合。除此之外，還可應(yīng)用于冶煉結(jié)剛玉、鈦鋼玉和鋯剛玉等等。
碳化硅（SiC）類，和剛玉比較，它的硬度較高而且脆性也大，在粉碎之后，新的尖銳刃口會(huì)在晶體表面上分化出來(lái)，適合磨削硬度大且脆性高的材料，例如鑄鐵。SiC還可以劃分成黑SiC以及綠SiC。其中TH中存在很多的雜質(zhì)，所以純度比TL低，并且價(jià)錢合理，購(gòu)買它成本低，經(jīng)濟(jì)適用。在磨削鑄鐵等材料時(shí)比較適合用TH，TL中存在的雜質(zhì)較少，它的硬度比TH略高。對(duì)于硬度極高且不易磨削的脆性材料，例如tungsten carbide alloy等，比較適合用TL。
金剛石類，其硬度極高，而且價(jià)錢也是這些分類中最高的一種，它可以劃分成人造類和天然類。因?yàn)樗嬖谌丝谳^尖、硬度極強(qiáng)、難以損壞、磨削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量少，并且精度以及表面光潔度極高等特點(diǎn)，所以該類砂輪可以使用的時(shí)間較長(zhǎng)。在硬質(zhì)合金磨削過(guò)程中，若是使用TL，那么極易在表面出現(xiàn)裂縫。但是若采用的砂輪是屬于金剛石磨料的，那么這種情況就不會(huì)出現(xiàn)，因此其極其適合磨削的材料是屬于硬度極高的，就如硬質(zhì)合金等。在磨削鋼鐵的過(guò)程中，因?yàn)榻饎偸弯撹F之間會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的化學(xué)親和力較強(qiáng)，所以砂輪會(huì)迅速損壞。
綜上所訴，選取磨料的原則主要是判斷工件屬于何種材料。按照設(shè)計(jì)需求，因?yàn)檫@個(gè)機(jī)床是向剛完成粗加工的大齒輪二次加工，也就是合金鋼沒(méi)有進(jìn)行淬火，因此選擇的剛玉類磨具，再按照設(shè)計(jì)需要以及價(jià)格，最終選擇GZ，類型：A。
磨料顆粒的尺寸通過(guò)磨料粒度體現(xiàn)出來(lái)，要確保其擁有充足的切削刃數(shù)，那么必須選取好磨粒形狀以及尺寸大小，這樣才能足夠確保它擁有對(duì)應(yīng)的切削性能。影響選定粒度的因素，主要有兩種，即工件加工的Ra要求以及要確保生產(chǎn)率。普通情況下，普遍應(yīng)用的磨具最多的就是中等磨粒。在精磨、研磨以及拋光過(guò)程中一般選擇細(xì)粒度磨具。進(jìn)行批量生產(chǎn)時(shí)，首先要達(dá)到零件粗糙度設(shè)計(jì)要求，其次盡可能選取粒度稍微粗一點(diǎn)的磨具，使之能達(dá)到提升生產(chǎn)率的要求。但是在小批量貨物單件加工情況下，首先側(cè)重思慮零件的加工是否符合質(zhì)量要求，因此選取的磨具其粒度要小，這樣才能有優(yōu)勢(shì)。盡管這個(gè)機(jī)床是對(duì)齒輪完成去毛刺、飛邊等加工，然而由于齒輪屬于比較精密且關(guān)鍵的零件，因此選取的磨具粒度號(hào)位于區(qū)間，通過(guò)查表，粒度號(hào)選定：F40。
磨粒被結(jié)合劑連接的穩(wěn)定水平稱為磨具硬度，當(dāng)有外力時(shí)，若磨具輪廓上的磨粒，極易掉落，那么表示其硬度比較小，相反，硬度比較高。結(jié)合劑是對(duì)磨具硬度造成影響的關(guān)鍵成分。它的使用性能受磨具硬度的影響比較大。為了達(dá)到適宜加工各類工件材料以及滿足磨削加工的要求，要求設(shè)有各類硬度等級(jí)的磨具能夠讓其挑選使用。磨具硬度代號(hào)有硬至軟的排序?yàn)椋?
Y，T，S，R，Q，P，N，M，L，K，J，H，G，F(xiàn)，E，D，C，B，A
根據(jù)設(shè)計(jì)需求查選擇中硬度型號(hào)：M。
將若干細(xì)小的磨粒粘合為一體，以達(dá)到擁有指定外形以及需求強(qiáng)度，這是結(jié)合劑的重要功能。在進(jìn)行磨削時(shí)，因?yàn)橛薪Y(jié)合劑輔助，磨?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)零件的磨削。當(dāng)磨粒以及發(fā)生鈍化時(shí)，還可以讓其準(zhǔn)時(shí)破碎或者脫落。這樣就可以使磨具維持優(yōu)良的磨削功能。結(jié)合劑根據(jù)磨削速度、方法和零件Ra要求等，來(lái)選取。現(xiàn)在所用齒輪磨齒機(jī)，其使用的結(jié)合劑，大多數(shù)是陶瓷類。按照查表選取陶瓷結(jié)合劑的型號(hào)為：V。
氣孔、結(jié)合劑以及磨料這三個(gè)的容積比例就是磨具組織。通常使用配方的方法來(lái)控制。它的表示方法有兩類：第一類：使用磨粒占有的磨具容積%，即普遍所講的磨粒率；第二類：使用氣孔占有%和尺寸，即氣孔率。磨具組織根據(jù)第一類表示，總共劃分為十五個(gè)組織號(hào)，即分類的規(guī)則為：將百分之六十二的磨粒率定為零號(hào)，此后每次降低百分之二，組織號(hào)提高一，依次往后推。根據(jù)磨粒率，磨具組織號(hào)從小至大的排序?yàn)椋?
14，13，12，11，10，9，8，7，6，5，4，3，2，1，0
磨粒占有的體積%數(shù)越大，說(shuō)明組織號(hào)越小且組織精密，雖然磨具比較容易被切削阻礙，并且磨削效率小，然而確可以承擔(dān)較高的磨削壓力。磨具輪廓較難改變，要求很小的磨削Ra。通常的，對(duì)于磨削精度極高且加工壓力較大的工件，適合選用精密組織的磨具。普通的磨削，選用中等組織的磨具就可以了。對(duì)于接觸面積多和材料不硬的部件，可以選用松組織的磨具。然而砂輪確適合對(duì)工件壓力偏低的條件。按照設(shè)計(jì)需求，查選擇組織號(hào)：6。
為了滿足不同的磨削加工形式以及確保磨削加工能夠在正常條件下進(jìn)行，那么必須要確定磨具確切的幾何形狀和尺寸大小，。按照該機(jī)床的加工需要，且通過(guò)查，選擇圓頭錐磨頭，它的型號(hào)是：17b。外徑mm，厚度mm，孔徑mm。
圖2-1 磨頭尺寸視圖
2.3 磨頭的磨削力分析
所謂磨削力，也就是在磨粒對(duì)零件磨削過(guò)程中，磨粒所受到的力，磨削力能夠分為2個(gè)力，也就是垂直于磨粒的以及與磨粒相切的，它們能夠與結(jié)合力保持穩(wěn)定。當(dāng)某種材料齒輪被磨削時(shí)，首先必須先滿足磨棱角度的要求，在此前提下，影響切削力的重要因素為磨頭的線速度（v），至于其他的因素，都為次要因素。根據(jù)下方圖2.3分析得出，磨削過(guò)程中，在磨棱角度被滿足之后，可以經(jīng)過(guò)調(diào)整磨頭的v以及磨頭的受力F，就能調(diào)整磨棱寬度，然后成功滿足需要加工的尺寸。
圖2-2 磨頭磨削力分析
2.4 磨頭位置及角度分析
2.4.1 磨頭位置
磨頭的空間布置的目標(biāo)是：和相比，齒頂以及齒根的磨棱角度與其相差的+、-數(shù)值大體相同。
對(duì)齒根進(jìn)行加工時(shí)，其示意圖為下圖：
圖2-3齒根加工過(guò)程切削點(diǎn)的坐標(biāo)
磨頭對(duì)齒根進(jìn)行切削的過(guò)程中，切削點(diǎn)坐標(biāo)(X，Y)公式如下：:
（2-1）
對(duì)齒漸開線進(jìn)行加工時(shí)，其示意圖為下圖：
圖2-4齒漸開線加工過(guò)程切削點(diǎn)的坐標(biāo)
磨頭對(duì)齒漸開線進(jìn)行切削加工過(guò)程中，切削點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y）公式如下：
x=x
y=-x （2-2）
2.4.2 磨棱角度分析
磨削角度滿足下式：
（2-3）
式中：
根據(jù)上面的公式（2-3）可以得出：和是影響磨棱角度的主要因素。
和滿足下式：
（2-4）
根據(jù)（2-4）推論出下式：
（2-5）
根據(jù)（2-5）得出：磨頭軸線與齒輪端面的角度取決于L和x的比值，即L/x，通過(guò)此來(lái)達(dá)到影響磨削角度的目的。
2.5 磨削時(shí)分析力平衡以及調(diào)整
在磨削過(guò)程中，磨頭對(duì)自身的固定點(diǎn)關(guān)鍵是受到一個(gè)力的作用，也就是部件對(duì)磨頭的切向力Ft ；磨頭固定點(diǎn)受到2個(gè)轉(zhuǎn)矩的作用，第一個(gè)是對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)力F所引起的轉(zhuǎn)矩，第二個(gè)是磨頭主軸重力G所引起的轉(zhuǎn)矩。由于它受到這2個(gè)轉(zhuǎn)矩作用，所以在ZOY平面內(nèi)磨頭能夠恰當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)確定的角度，以使得力矩保持平衡狀態(tài)，以至于完成隨動(dòng)式的加工。分析磨頭的受力得到下圖2-7：
圖2-6 磨頭力平衡分析
通過(guò)圖2-7力平衡分析得出，
（2-6）
（2-7）
已經(jīng)完成設(shè)計(jì)的磨頭，它的Lg，Lf這兩個(gè)參數(shù)都為確定值， 僅僅是Ft能夠任意調(diào)整，當(dāng)調(diào)節(jié)Ft時(shí)，F(xiàn)也會(huì)隨著Ft的調(diào)節(jié)而得到調(diào)節(jié)，這就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削寬度的調(diào)整。
2.6 本章小結(jié)
根據(jù)對(duì)理論知識(shí)的分析，能夠讓我們明白，在機(jī)械中，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)某叽绱笮∫约昂线m的角度，能夠使得磨頭可以隨動(dòng)的加工制造出滿足角度需求的棱角。當(dāng)調(diào)節(jié)Ft時(shí)，F(xiàn)也會(huì)隨著Ft的調(diào)節(jié)而得到調(diào)節(jié)，這就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削寬度的調(diào)整。
不過(guò)呢，這些都只是理論性的知識(shí)分析。在進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)還有很多的問(wèn)題需要我們?nèi)ソ鉀Q和高度重視，極有可能有些是不在理論知識(shí)中的。這就要求我們要多實(shí)踐，實(shí)踐才能出真知。舉一個(gè)例子，在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)過(guò)程中，齒輪轉(zhuǎn)速的高低會(huì)改變磨頭的受力大小，然而能夠推測(cè)出在磨頭轉(zhuǎn)速較高的情況下，這種影響是較小的。不過(guò)如果齒輪轉(zhuǎn)速過(guò)于低的話，那么會(huì)特別影響磨頭的受力情況。
第3章 設(shè)計(jì)磨棱機(jī)機(jī)床結(jié)構(gòu)
3.1 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)思路
3.1.1 待磨削齒輪的規(guī)格
加工齒輪直徑（mm） 200～800mm
加工模數(shù)（mm） 2～16mm
3.1.2 預(yù)選定機(jī)床的主要參數(shù)
見表3-1
3.1.3 機(jī)床總體機(jī)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)思路
根據(jù)第二章的理論性知識(shí)原理分析，能夠懂得在使用該原理對(duì)齒輪進(jìn)行磨削加工的過(guò)程中，磨頭的主軸近似垂直于齒輪中心孔軸心。
當(dāng)機(jī)床進(jìn)行磨削加工的時(shí)候，齒輪的寬度會(huì)發(fā)生變化，所以在設(shè)計(jì)磨頭主軸時(shí)，必須使其相對(duì)于齒輪端面的位置距離可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。為滿足這種需求，該齒輪磨棱機(jī)機(jī)床可以使用人工調(diào)節(jié)的方式，使用這種方式來(lái)調(diào)節(jié)磨頭主軸相對(duì)與齒輪工作臺(tái)這兩者之間的距離。
因?yàn)楸緳C(jī)床需要加工齒數(shù)與模數(shù)不一樣的齒輪，因此要滿足在機(jī)床Y方向磨頭主軸是可以調(diào)節(jié)的，即要求擁有可調(diào)性能。但是具體條件具體分析，例如當(dāng)齒輪只需要具體加工一次時(shí)，這種調(diào)節(jié)只需要調(diào)節(jié)一次。所以可以使用手動(dòng)調(diào)節(jié)。
此外固定齒輪的工作臺(tái)需要進(jìn)行低速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在實(shí)際加工齒輪的過(guò)程中，必須保持工作臺(tái)的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，還需要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速能夠調(diào)節(jié)。綜上所訴，所以電源選擇電動(dòng)機(jī)，同時(shí)為了保證空間大小，節(jié)省空間，選擇帶輪傳動(dòng)。
本機(jī)床設(shè)計(jì)對(duì)磨頭的要求是轉(zhuǎn)速必須要高并且功率要小，同時(shí)因?yàn)槭艿浇Y(jié)構(gòu)以及質(zhì)量的約束，所以調(diào)速機(jī)構(gòu)或者變速箱不可以成為被選擇用以進(jìn)行調(diào)速，故選擇馬達(dá)，馬達(dá)極易進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。
根據(jù)上面的分析，可以確定本次設(shè)計(jì)的機(jī)器一共要求完成四個(gè)運(yùn)動(dòng)。在這四個(gè)運(yùn)動(dòng)中，有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)使用手輪進(jìn)行調(diào)節(jié)、其中有一個(gè)運(yùn)用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)、還有一個(gè)采用馬達(dá)來(lái)完成調(diào)節(jié)。磨頭主軸的空間位置通過(guò)使用兩個(gè)手輪來(lái)進(jìn)行調(diào)整。按照上面的需求，磨棱機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以劃分為兩大部分：一、用于齒輪固定的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；二、用于固定磨頭主軸的檢測(cè)架。第一步是先根據(jù)預(yù)定需求把上訴兩個(gè)部分的結(jié)構(gòu)完全設(shè)計(jì)出來(lái)。那么磨棱機(jī)大概結(jié)構(gòu)就可以大致被設(shè)計(jì)出來(lái)了，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見下圖3-1：
表3-1 技術(shù)參數(shù)
技術(shù)參數(shù)
單位
參數(shù)指標(biāo)
工件模數(shù)范圍
mm
2～16
工件直徑范圍
mm
200～800
磨頭主軸轉(zhuǎn)速
rpm
60-100
加工效率
秒 /件
300
磨頭電機(jī)功率
kw
1.5
磨頭主軸的前端面至工件主軸端面的機(jī)動(dòng)距離
mm
大于100
磨頭主軸回轉(zhuǎn)角度
度
10
工作臺(tái)主軸安裝孔徑
mm
500
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)速
r/min
4--10
工件主軸電動(dòng)機(jī)功率
kw
1.0
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
r/min
720
機(jī)床外型尺寸
mm
1200x1200x1500
圖3-1 機(jī)床示意圖
3.2 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)
根據(jù)上面的分析，可以知道回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)裝置選擇電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)電機(jī)，可以帶動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而直接使得回轉(zhuǎn)工作臺(tái)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。其傳動(dòng)的示意圖如下圖3-3所示：
圖3-2 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
通過(guò)示意圖可以看出，它的設(shè)計(jì)有三個(gè)部分，一是設(shè)計(jì)其傳動(dòng)系統(tǒng)、二是設(shè)計(jì)工作臺(tái)，三是設(shè)計(jì)其它零部件。
3.2.1 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)
確定各級(jí)傳動(dòng)比、選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)、設(shè)計(jì)帶輪、兩個(gè)傳動(dòng)齒輪的計(jì)算、軸的計(jì)算以及選取還有計(jì)算蝸輪蝸桿等，這些都是設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)的核心內(nèi)容。傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3-4所示：
(a)
(b)
傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖3-3
1. 選擇電動(dòng)機(jī)
機(jī)床進(jìn)行加工過(guò)程中，電機(jī)輸出功率計(jì)算公式為： （3-1）
（3-1）中： （3-2）
（3-3）
(1) 確定（3-1）、（3-2）、（3-3）公式中的參數(shù)
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出磨削力的大小為：
N
在選擇磨頭的直徑時(shí)，按照最大直徑10mm進(jìn)行計(jì)算，這樣可以得出主軸的最高線速度V為：
V=170m/s
下面進(jìn)行、、、的選取：
：齒輪傳動(dòng)效率， =0.97
：蝸桿傳動(dòng)效率， =0.73
：離合器傳動(dòng)效率，=0.99
：帶傳動(dòng)效率， =0.94
(2) 將上述數(shù)據(jù)依次代入（3-2）和（3-3）得：
(3) 電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)，進(jìn)行查表，其額定功率選取，載荷最大時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度是 選定型，屬于籠型三相異步電機(jī)
2. 分配傳動(dòng)比
這個(gè)區(qū)間的轉(zhuǎn)速就是使工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)的的速度，根據(jù)已經(jīng)選取了的電機(jī)轉(zhuǎn)速，計(jì)算傳動(dòng)比，選取。圓柱齒輪要求低于，蝸輪蝸桿要求低于，帶輪要求低于，因此大致確定，,,,。由此計(jì)算出總傳動(dòng)比，設(shè)計(jì)合理。3. 齒輪的設(shè)計(jì)
(1) 對(duì)齒輪需要進(jìn)行精度、齒數(shù)、熱處理以及材料的選取設(shè)計(jì)。
由于本次設(shè)計(jì)的齒輪磨棱機(jī)速度低，所以選擇8級(jí)精度即可。（這是根據(jù)查表GB/T10095—2000得出的）。
材料選擇。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按[1]查表，對(duì)于小齒輪，選擇鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)，其齒面硬度是；大齒輪也是選擇鋼，正火處理， 它的齒面硬度是，它們之間齒面硬度差距是40HBS，選擇恰當(dāng)。齒數(shù)的選擇，先選定小齒輪，那么就可以得出大齒輪。
它們的齒數(shù)比為： ，設(shè)計(jì)合理。
因?yàn)樗鼈兊凝X面硬度都，屬于軟齒面，因此可以按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再使用齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。
(2) 按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，根據(jù)公式
?。?-4）
1) 設(shè)計(jì)式（3-4）中的各類參數(shù)：
----小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位N·m，
N·m；
----載荷系數(shù)，在計(jì)算設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于v的值不知道，又未能選定，所以載荷系數(shù)可以先選定為1.8，即
----齒寬系數(shù)，根據(jù)[1]查表8.6得出，取齒寬系數(shù)；
----彈性系數(shù)，根據(jù)[1]查表8.6得出，；
----區(qū)域系數(shù)，根據(jù)[1]查表8.6得出，=2.5
------齒數(shù)比，
----許用接觸應(yīng)力， ，公式中，
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
按照，，根據(jù)[1]查表得，，；選定安全系數(shù).
因此：
所以：
代入公式（3-4）得：
=67.84mm
2)圓周速度v的計(jì)算；
m/s
3) 齒寬b的計(jì)算：
mm
4)齒寬和齒高之比的計(jì)算：
模數(shù)
齒高
所以：
5) 的計(jì)算，按照上述，精度等級(jí)為級(jí)，查表選擇。
直齒輪
查[1]中的表7-6得出；
查[1]中的表7-8并采用插值法查出為8級(jí)精度、當(dāng)非對(duì)稱布置作為小齒輪的相對(duì)支承的時(shí)候：
根據(jù)，查[1]中的圖7-16得；因此載荷系數(shù)K為：
6)對(duì)已算出分度圓直徑按照現(xiàn)實(shí)的K進(jìn)行校核得出：
7) 模數(shù)m的計(jì)算：
,選定標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)
mm
mm
mm
9) 齒寬b的計(jì)算：
mm
選取，
(3)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核
其校核的公式為：
1) 確定出式中各個(gè)參數(shù)
載荷系數(shù)：
2) 小齒輪與大齒輪的和分別為：
小齒輪
大齒輪
3) 的計(jì)算，查[1]中圖表得到小齒輪；大齒輪的。
根據(jù)[1]中圖表查得
彎曲疲勞的安全系數(shù)，那么
4) 小齒輪受到的圓周力大小為：
5) 計(jì)算校核
因此大、小齒輪都合理。
4. 帶輪設(shè)計(jì)
(1) 選擇帶型：
按照上面設(shè)計(jì)結(jié)果，可以知道是小帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度區(qū)間。
按照設(shè)計(jì)的功率，選擇帶型為B型。
(2) 帶輪的基準(zhǔn)直徑與的確定：
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主軸需要安裝上大帶輪，因?yàn)橐庸さ凝X輪比較大，所以工作臺(tái)的直徑也要求很大。對(duì)于主軸內(nèi)孔直徑，也需要設(shè)計(jì)成比較大的直徑。按照所需加工的最大齒輪直徑的二分之一進(jìn)行計(jì)算是，那么設(shè)計(jì)大帶輪時(shí)，大帶輪直徑要大于該尺寸大約，即高于。所以選定其直徑：，那么的配對(duì)的小帶輪。
(3) 帶速度的驗(yàn)算：
進(jìn)行帶速的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不能設(shè)計(jì)太高。應(yīng)該要求，其中m/s。
（3-5）
（3-5）式中： ----帶速，單位m/s；
----小帶輪直徑，單位mm；
------小帶輪轉(zhuǎn)速，單位r/min；
將這些參數(shù)帶人（3-5）式中，得到：
m/s
滿足要求，設(shè)計(jì)合理。
(4) V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度與中心距的確定：
較小的中心距，能夠保證傳動(dòng)結(jié)構(gòu)能夠緊密的連接在一起，然而若帶的長(zhǎng)度過(guò)小，就會(huì)造成繞過(guò)帶輪的次數(shù)過(guò)多在單位時(shí)間內(nèi)，從而會(huì)導(dǎo)致帶的壽命下降。反之，當(dāng)中心距太大時(shí)，在帶輪進(jìn)行高速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，極易造成帶在工作的時(shí)候發(fā)生顫動(dòng)。進(jìn)行帶輪設(shè)計(jì)的時(shí)候，通常按下式對(duì)中心距進(jìn)行初步的選取：.
（3-6）
由此：
初選mm
計(jì)算帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度時(shí)采用下面的式子
mm
通過(guò)查表，選定基準(zhǔn)長(zhǎng)度mm .
實(shí)際軸間距：
mm
(5) 小帶輪包角的計(jì)算
可以通過(guò)提高小帶輪包角來(lái)增強(qiáng)其傳動(dòng)性能，其設(shè)計(jì)式子如下：
(6) 確定V帶根數(shù)：
?。?-7）
式中:
----包角修正系數(shù)，選擇時(shí)，由于包角時(shí)對(duì)帶輪的傳動(dòng)性能有一定的影響，根據(jù)[1]查表7.8得出，；
----帶長(zhǎng)修正系數(shù)，選擇時(shí)需要想到帶長(zhǎng)不確定為特定時(shí)，其壽命會(huì)受到一定的影響，根據(jù)[1]查表7.2得出，；
----- V帶單根傳遞功率，根據(jù)[1]查表7.3得出，kW；
----傳動(dòng)比不為1時(shí)額定功率增量，根據(jù)[2]查表14.1得：
kW；
因此：
取ｚ＝4。
(7) 初拉力的確定：
為了使帶輪能夠進(jìn)行正常的傳動(dòng)，是關(guān)鍵因素。帶的傳動(dòng)性能以及壽命長(zhǎng)短也受影響。當(dāng)過(guò)小時(shí)，比較容易發(fā)生打滑，發(fā)揮傳動(dòng)能力比較困難；當(dāng)過(guò)大時(shí)，會(huì)減少帶的使用期限，并且會(huì)增加軸承以及軸的受力。對(duì)
于單根普通V帶，其初拉力按照下面的式子進(jìn)行計(jì)算：
（3-8）
公式（3-8）中各個(gè)符號(hào)的意思和前面的一樣，其中表示普通V帶kg/m，根據(jù)[1]查表7.1得出kg/m。
N
(8) 軸上壓力的計(jì)算：
?。?-9）
（3-9）中個(gè)個(gè)符號(hào)和前面所提的意思一樣 ，因此：
N
5. 蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)
蝸桿以及蝸輪這兩部分構(gòu)成了蝸桿傳動(dòng)，其用以傳輸相交軸之間的動(dòng)力以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩相交軸的交錯(cuò)角普通情況下是。在傳動(dòng)過(guò)程中，主動(dòng)件蝸桿一般屬于主動(dòng)件，而蝸輪則屬于從動(dòng)件。蝸桿傳動(dòng)在很多機(jī)器或者儀器中都被普遍應(yīng)用。
在傳動(dòng)過(guò)程中，可以得到較大傳動(dòng)比、且傳動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)、發(fā)生的噪聲很小、結(jié)構(gòu)十分的緊湊等等，這些都是蝸桿傳動(dòng)時(shí)所具有的優(yōu)勢(shì)。其傳動(dòng)比極高，當(dāng)它使用于分度機(jī)構(gòu)的時(shí)候，i可以高達(dá)1000。使用于動(dòng)力傳動(dòng)時(shí)，i一般為8~80。傳動(dòng)效率偏低是蝸桿傳動(dòng)存在的關(guān)鍵缺點(diǎn)；在傳動(dòng)時(shí)，為了達(dá)到減少摩擦并且比較扛得住研磨的目的，一般使用青銅來(lái)對(duì)蝸輪齒圈進(jìn)行制造，因此其價(jià)格過(guò)高。
蝸桿根據(jù)形狀分類，可劃分成：環(huán)面蝸桿以及圓柱蝸桿。
根據(jù)螺旋面形狀的不同，圓柱蝸桿還可以劃分成分兩類，一類是阿基米德蝸桿（或稱為蝸桿）；另一類是漸開線蝸桿（或稱為蝸桿）。
ZA蝸桿與梯形螺紋這兩者的車削方式雷同。它所采用的車刀其切削刃夾角，在進(jìn)行加工時(shí)，蝸桿的軸線被切削刃所在平面經(jīng)過(guò)。所以齒形被切出來(lái)的，在軸線的截面中，其側(cè)邊呈現(xiàn)的齒條為直線；但是蝸桿軸線被垂直的截面中，齒形為ZA螺旋線。
對(duì)于ZI蝸桿，它的齒形有兩種，在蝸桿軸線與其垂直的截面中齒形是漸開線；在蝸桿軸線的截面中，齒形呈現(xiàn)為凸廓曲線。該類蝸桿，能夠和圓柱齒輪一樣，使用滾刀進(jìn)行銑切，在成批生產(chǎn)時(shí)比較適合用它。
與螺紋相同，蝸桿也具有左旋與右旋的區(qū)別，普遍使用的為右旋類蝸桿。
通常情況下的動(dòng)力傳動(dòng)，一般根據(jù)9級(jí)精度（）、8級(jí)精度（）以及7級(jí)精度（適合蝸桿圓周速度）來(lái)進(jìn)行制造。磨損、點(diǎn)蝕以及膠合等這些都是使用蝸桿傳動(dòng)時(shí)所會(huì)發(fā)生的幾個(gè)重要的失效方式。因?yàn)槭褂梦仐U傳動(dòng)時(shí)，齒面之間會(huì)發(fā)生很大的相對(duì)滑動(dòng)，并且伴隨著熱量的產(chǎn)生，這就會(huì)造成潤(rùn)滑時(shí)，溫度增加導(dǎo)致潤(rùn)滑劑濃度下降，潤(rùn)滑條件邊的糟糕，提升了發(fā)生膠合的概率。對(duì)于閉式傳動(dòng)，若散發(fā)熱量不及時(shí)，蝸桿傳動(dòng)承受載荷的性能就會(huì)由于膠合從而受到影響。閉式傳動(dòng)中若發(fā)生潤(rùn)滑密封不緊密或者對(duì)于開式傳動(dòng)，那么就會(huì)特別突出顯得蝸輪輪齒的磨損嚴(yán)重。
根據(jù)蝸桿傳動(dòng)的特征，要求蝸桿副材料具有充足的強(qiáng)度，然而具有優(yōu)良的抗膠合性能以及減小摩擦和抗磨能力才是關(guān)鍵要求。所有蝸輪的齒圈一般選擇青銅制造，利用其和鋼制蝸桿（經(jīng)過(guò)淬硬磨削的）配對(duì)。
合金鋼或者碳素鋼普遍用于制造蝸桿，制造蝸桿時(shí)必須保證硬度較高并且需要齒面光潔。當(dāng)蝸桿用于高速重載時(shí)一般選用（淬火滲碳到）、；或者、45(表面淬火)、等，同時(shí)還應(yīng)進(jìn)行磨削。對(duì)于普通的蝸桿，進(jìn)行調(diào)制處理時(shí)選擇 40、45等碳素鋼（硬度為）。對(duì)于人工傳動(dòng)或者低速情況，蝸桿允許不用經(jīng)過(guò)熱處理，所以可以選擇鑄鐵。
對(duì)于蝸桿傳動(dòng)使用于高速傳動(dòng)的情況，一般選擇 錫青銅（）來(lái)制造蝸輪，其耐磨能力以及抗膠合性能都很好，它的移動(dòng)速度能夠使用的上限是，使用這種材料比較方便完成切削加工，但它的價(jià)格卻很貴。對(duì)于蝸桿傳動(dòng)中滑動(dòng)速度的情況，我們可以選擇含錫量比較少的錫青銅（）。對(duì)于鋁青銅（），其特點(diǎn)是鑄造功能較好、價(jià)廉、耐沖擊、并且具有充足的強(qiáng)度，然而它的抗膠合能力卻比不上錫青銅，并且切削能力也比較差，所以通常將其使用在的傳動(dòng)中。對(duì)于速度比較小的傳動(dòng)情況，灰鑄鐵或者球墨鑄鐵是比較好的選擇。當(dāng)然還可以選擇提升尼龍或者尼龍材料來(lái)制造蝸輪。
由于較多的蝸桿一般都與軸相配，所以可以叫做蝸桿軸。
蝸輪是允許單獨(dú)制造成整體的。然而為了減少珍貴的有色金屬的使用，普通情況下選擇組合式結(jié)構(gòu)來(lái)制造尺寸較大的蝸輪，也就有色金屬用于齒圈的制造，鑄鐵或者鋼則用來(lái)制造輪芯。對(duì)于使用組合結(jié)構(gòu)的情況，使用過(guò)盈連接可以將齒圈與輪芯間連接起來(lái)。為了保證能夠安全工作，將顆螺釘圓周的安裝到接合面上。為了使鉆孔更加方便，材料相對(duì)比較硬的一邊應(yīng)該距離螺孔中心線。工作溫度改變不大并且尺寸比較小的場(chǎng)合適用于該結(jié)構(gòu)。還可以選擇鉸制孔用螺栓將輪芯和輪圈也連接起來(lái)，因?yàn)樵摲绞奖阌谘b卸，所以一般適用在破損時(shí)急需更換齒圈或較大尺寸的地方。當(dāng)蝸輪需要大量生產(chǎn)加工時(shí)，青銅齒圈可以普遍在鑄鐵輪芯上通過(guò)澆鑄被加工出來(lái)。
容易發(fā)熱且發(fā)熱量比較大、以及傳動(dòng)效率小是蝸桿傳動(dòng)的劣勢(shì)，所以如果散熱工作不及時(shí)進(jìn)行，就會(huì)影響箱體內(nèi)潤(rùn)滑效果，使得潤(rùn)滑失效并且油溫增加，從而加速了輪齒的破損，嚴(yán)重時(shí)更是會(huì)發(fā)生膠合。所以閉式蝸桿傳動(dòng)若有確保能夠連續(xù)工作，熱平衡計(jì)算是必須要進(jìn)行的。
蝸輪的設(shè)計(jì)：
(1) 主要傳動(dòng)尺寸的初步計(jì)算
對(duì)于蝸桿傳動(dòng)，根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按照下式：
（3-10）
式中 ----蝸輪的轉(zhuǎn)矩，單位N·m，
N·m；
----載荷系數(shù)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于不知道值，也還未選定，所以可以先選定為.
----齒寬系數(shù)，根據(jù)查表可得，選定；
----彈性系數(shù)，根據(jù)查表可得，；
----齒數(shù)比，，蝸桿頭數(shù)初步選定為1，則有，；
----重合度系數(shù)，的選取是根據(jù)重合度來(lái)進(jìn)行的，蝸輪蝸桿選定；
根據(jù)[1]可得，；
(3-10)中----許用接觸應(yīng)力，，公式中，，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，中，表示蝸輪旋轉(zhuǎn)360度，位于相同側(cè)的齒面嚙合次數(shù)，齒輪的工作期限通過(guò)表示，因此：
由，，根據(jù)[1]查表選擇，，，安全系數(shù)選定為.
由此：
由此：
----節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，根據(jù)[1]查表選定；
----螺旋角系數(shù)，根據(jù)蝸輪，選取
由此：
(2) 傳動(dòng)尺寸的選定
1)載荷系數(shù)的計(jì)算：
m/s
根據(jù)[1]查出，
根據(jù)[1]查出，
根據(jù)[1]查出，
根據(jù)[1]查出，
由此：
2) 由于和兩者差距很大，因此要修正，根據(jù)：
mm
選定
3)模數(shù)m的確定：
mm
選定。
蝸輪蝸桿不需要進(jìn)行彎曲強(qiáng)度的校核。
設(shè)計(jì)蝸桿：
(3) 材料以及許用應(yīng)力的確定
對(duì)于蝸桿，選擇鋼，表面需經(jīng)過(guò)淬火處理，選擇硬度，根據(jù)蝸輪設(shè)計(jì)公式，選定
(4) 蝸桿頭數(shù)Z的確定，傳動(dòng)效率的估計(jì)
因?yàn)?，根?jù)[4]查表，選定，那么
因?yàn)?，根?jù)[4]查表，估計(jì)。
(5) 蝸輪轉(zhuǎn)矩的確定
N·m
(6) 使用系數(shù)的選定，表示綜合彈性系數(shù)
選定，
(7) 接觸系數(shù)的選定
假設(shè)，根據(jù)[4]查出，選定
(8) 中心距a的計(jì)算
mm
取
(9) 蝸桿齒數(shù)，蝸桿直徑系數(shù)，蝸輪齒數(shù)，模數(shù)，中心距，蝸桿導(dǎo)程角的確定。
根據(jù)查得：
根據(jù)查得：
取，，，，
取
根據(jù)查出：
取
接觸強(qiáng)度足夠，合理。
導(dǎo)程角
下表為蝸輪蝸桿經(jīng)常使用的尺寸：
表蝸輪蝸桿經(jīng)常使用的尺寸
名 稱
計(jì) 算 公 式
蝸 桿
蝸 輪
蝸桿分度圓直徑，蝸輪分度圓直徑
d1=mq=56mm
d2=mz2=133mm
齒頂高
ha=m=3.15mm
ha=m=3.15mm
齒根高
hf=1.2m=3.78mm
hf=1.2m=3.78mm
蝸桿齒頂圓直徑，蝸輪喉圓直徑
da1=m(q+2)=62.3mm
da2=m(z2+2)=139mm
齒根圓直徑
df1=m(q-2.4)=49mm
df2=m(z2-2.4)=125mm
蝸桿軸向齒距，蝸輪端面齒距
pa1=pt2=px=πm=9.9mm
徑向間隙
c=0.20m=0.63
中心距
a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)=100mm
5. 軸的設(shè)計(jì)
（1）軸I的設(shè)計(jì)
軸I連接的是蝸輪并通過(guò)離合器連接帶輪
已知參數(shù)：
求作用在齒輪上的力：
因已知蝸輪的分度圓直徑為
而
由受力分析,帶輪上：
，，
2)．初步確定軸的
根據(jù)[1]15-2式初步估算軸的。軸的材料選定為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)[1]表15-3，取，所以得：
為了便于計(jì)算，把軸的各段按照從左到右編號(hào):1、2、3、4、5、6。
軸端直徑=35mm，取， ，
1) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為達(dá)到小帶輪能夠進(jìn)行軸向定位的要求，左端1-2段選擇雙孔軸端擋圈JB/ZQ ，右端則需求制造出一軸肩，并且要和軸承的尺寸配對(duì)，所以取，和軸承32213（GB/T297）的孔徑一樣。因?yàn)檩S承和帶輪這兩者的直徑差別過(guò)大，因此要求有過(guò)渡段，，，。
每個(gè)軸段的公差配合和Ra如下：軸承處為，，帶輪處是，，Ra=3.2μm，蝸輪處是。
帶輪和蝸輪的軸向固定，選擇軸肩以及雙孔軸端擋圈，反裝角接觸球軸承，2個(gè)支承點(diǎn)相距的大小取=60mm。
軸的結(jié)構(gòu)圖如以及裝配圖如下圖：
圖3-4軸I裝配圖
圖3-5軸I尺寸圖
2) 鍵連接的強(qiáng)度校核
蝸輪處選用A型平鍵，與蝸輪連接處鍵的尺寸，寬度。軸與轂連接緊湊，
與小帶輪連接處鍵的尺寸
因與小帶輪連接處鍵的尺寸及軸徑均較小且受載大，故只需校驗(yàn)此鍵2。
鍵2連接傳遞轉(zhuǎn)矩T為，
驗(yàn)算擠壓強(qiáng)度 鍵的工作長(zhǎng)度，查表12-2，取
滿足擠壓強(qiáng)度。
3）軸I的彎矩與扭矩分析
軸I的危險(xiǎn)截面為小帶輪或者蝸輪的中點(diǎn)截面,
圖3-6軸I的彎矩和扭矩圖
表3-3 軸I的危險(xiǎn)截面受力分析
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎距M
總彎距
扭距T
按彎矩進(jìn)行對(duì)軸的強(qiáng)度校核
在校核過(guò)程中，僅僅對(duì)軸所受最高彎距以及扭距的截面進(jìn)行校核（也就是校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度），根據(jù)[1]查表15-5及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸是單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力屬于脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力
由[1]查表15-1得。因此，故安全。
(3)主軸的計(jì)算
由于主軸的作用是用于使回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以根據(jù)帶輪，確定直徑為D=560mm，精度級(jí)別為n5,長(zhǎng)度為600mm
6. 選擇軸承和潤(rùn)滑
(1) 求比值：
根據(jù)表16.11查出，,Y=0因此當(dāng)量動(dòng)載荷N
(2) 徑向基本額定動(dòng)載荷值Cr的計(jì)算
根據(jù)查出，，
根據(jù)查出，對(duì)于蝸桿軸，采用型角接觸球軸承，其參數(shù)，，所以型角接觸球軸承的,該值和初步估計(jì)值相差不大，合理。
由于本設(shè)計(jì)加工的齒輪為大齒輪，因此回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主軸受到很大的軸向力，由此采用圓錐滾子軸承用于安裝在主軸上，檢測(cè)架右邊安裝主軸工作臺(tái)。由于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)要求進(jìn)行低速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以不會(huì)選擇的潤(rùn)滑油是稀油。綜上選擇干油來(lái)完成對(duì)主軸的潤(rùn)滑。
使用蝸輪蝸桿時(shí)，因?yàn)樗a(chǎn)生大量的熱量且發(fā)生較大的摩擦，因此選擇油池來(lái)進(jìn)行潤(rùn)滑，同時(shí)該潤(rùn)滑方式也用于周圍的其他軸承。
3.2.2 設(shè)計(jì)磨棱機(jī)檢測(cè)臺(tái)和簡(jiǎn)要介紹其它零件
1. 檢測(cè)臺(tái)的設(shè)計(jì)
在進(jìn)行設(shè)計(jì)檢測(cè)臺(tái)時(shí)，必須要確保能夠完成3個(gè)主要運(yùn)動(dòng)：第一個(gè)是磨頭主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，其他兩個(gè)是位于XOY平面內(nèi)，在X和Y方向上的直線滑動(dòng)。
在加工齒輪時(shí)，調(diào)節(jié)檢測(cè)臺(tái)在X和Y方向上的直線滑動(dòng)，可以在相同尺寸內(nèi)經(jīng)過(guò)一次調(diào)定即可。所以絲杠螺母通過(guò)使用手柄調(diào)整可以完成這兩個(gè)直線滑動(dòng)。由于人工用于手柄上的力較小，因此無(wú)需校核。
2. 氣動(dòng)馬達(dá)
在氣壓進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中，把壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，這類由氣壓形成動(dòng)力的執(zhí)行元件稱為氣動(dòng)馬達(dá)。容積式是普遍使用的氣動(dòng)馬達(dá)，其工作原理是：通過(guò)容積在工作腔內(nèi)發(fā)生的改變來(lái)完成做功。它主要分為這幾種類型：活塞式、葉片式以及齒輪式。
氣動(dòng)馬達(dá)的功能等同于液壓馬達(dá)或者電機(jī)，都是動(dòng)力來(lái)源裝置。也就是利用輸出轉(zhuǎn)矩來(lái)造就驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
(1) 氣動(dòng)馬達(dá)工作原則以及分類
普遍使用的氣動(dòng)馬達(dá)有3類，第一類是活塞式、第二類是葉片式(或叫滑片式)、第三類是薄膜式。
比較活塞式和葉片式這兩者：葉片式具有較高的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，而扭矩稍小，活塞式具有較大的扭矩而轉(zhuǎn)動(dòng)速度偏低。但是它和液壓馬達(dá)進(jìn)行比較的話，它自身的轉(zhuǎn)速較高，扭矩也小。
葉片式類工作原理：當(dāng)氣體從孔進(jìn)入馬達(dá)時(shí)，就開始分成兩種流動(dòng)路線：第一種是氣體通過(guò)槽到達(dá)葉片低端，然后推動(dòng)葉片出來(lái)，從而使得葉片能夠緊密貼于定子內(nèi)壁。第二種是氣體從孔進(jìn)入其他對(duì)應(yīng)工作空間，這些空間是密封的，然后在2個(gè)葉片上面發(fā)生作用。因?yàn)?葉片被推出不同的長(zhǎng)度，使得出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩差，導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子和葉片能夠逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。氣體在完成做功之后，流出來(lái)的位置是定子上的孔，其他殘余氣體通過(guò)孔占流出。如果變換輸入氣體的方向，那么轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向就可以改變。徑向活塞式類工作原則：氣體通過(guò)進(jìn)氣口流到配氣閥，然后流到氣缸，使得連桿和活塞能夠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而造成曲軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在曲軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，也會(huì)造就安裝于曲軸上的配氣閥發(fā)生同步運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致了氣體進(jìn)入配氣閥的角度位置的不同，那么進(jìn)入的氣缸也不同，這樣就可以輪流驅(qū)動(dòng)不同的活塞進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。曲軸進(jìn)行持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)就是通過(guò)這些連桿和活塞的運(yùn)動(dòng)來(lái)完成的，此時(shí)，排氣缸處于
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