齒輪磨床分度機構設計

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齒輪磨床分度機構設計總計：畢業(yè)論文： 46 頁表 格： 1 表插 圖： 16 幅指導教師：評 閱 人：完成時間：摘 要隨 著 科 學 技 術 的 不 斷 發(fā) 展 和 產(chǎn) 品 市 場 競 爭 的 加 強 ， 齒 輪 加 工 的 精 度 要 求 越 來越 高 。 而 齒 輪 的 加 工 中 使 用 齒 輪 磨 床 對 齒 輪 進 行 范 成 法 加 工 是 最 主 要 的 齒 輪 加工 方 式 。 在 使 用 齒 輪 磨 床 加 工 的 時 候 ， 定 位 分 度 裝 置 的 精 度 ， 直 接 影 響 到 齒 輪加 工 的 精 度 。 所 以 定 位 分 度 機 構 可 以 對 工 件 進 行 精 加 工 ， 在 現(xiàn) 代 工 業(yè) 中 必 不 可少 。本 次 畢 業(yè) 設 計 任 務 是 設 計 一 款 實 用 的 齒 輪 磨 床 分 度 定 位 機 構 ， 選 用 了 典 型 的雙 砂 輪 磨 齒 機 Y7063 系 列 磨 齒 機 為 例 設 計 齒 輪 磨 床 分 度 定 位 機 構 。 本 文 主 要 講述 通 過 查 閱 資 料 了 解 Y7063 系 列 齒 輪 磨 床 的 參 數(shù) 和 加 工 方 法 ， 進 而 對 其 分 度定 位 機 構 的 結 構 進 行 設 計 并 繪 制 圖 紙 ， 明 確 其 工 作 原 理 ， 畫 出 原 理 圖 和 裝 配 圖 。然 后 通 過 查 閱 資 料 、 復 習 相 關 教 材 ， 掌 握 相 關 知 識 ， 對 其 中 的 主 要 分 度 定 位 零件 進 行 強 度 剛 度 計 算 并 確 定 尺 寸 ， 分 別 設 計 以 及 選 用 了 齒 輪 、 軸 承 和 主 軸 ， 并且 對 這 些 零 件 進 行 強 度 校 核 。 此 外 還 通 過 分 析 比 較 后 選 用 了 合 適 的 電 機 和 液 壓泵 作 為 該 裝 置 的 動 力 源 。 然 后 將 這 些 零 件 組 裝 成 分 度 定 位 機 構 ， 之 后 分 析 計 算定 位 誤 差 ， 確 定 裝 置 的 可 行 性 。該 裝 置 還 能 夠 應 用 于 其 他 機 床 和 設 備 ， 對 這 些 機 床 和 設 備 的 加 工 精 度 和 加 工效 率 都 能 夠 有 顯 著 的 提 高 ， 在 現(xiàn) 代 工 業(yè) 中 占 重 要 地 位 。關鍵字：齒輪、齒輪磨床、分度定位機構、加工精度ABSTRACTWith the high-speed development of science and technology and the strengthening of product market competition, the requirement of the machining precision of gear become higher and higher. Generating Method is the most important way of gear processing during all methods. In the use of gear grinding machine for processing, the positioning precision indexing device can directly affect the precision of gear machining. So the positioning indexing mechanism can be used to finish machining, so it is essential in the modern industry.The graduation design task is to design a practical gear grinding machine indexing mechanism, selected a typical double grinding wheel grinding machine Y7063 series grinding machine as an example design gear grinding machine positioning mechanism. This paper mainly discusses the process of understanding the parameters and processing methods of Y7063 series gear grinding machine by consulting the information, and then designs and draws the drawings of its indexing mechanism, clarifies its working principle, draws the schematic diagram and assembly drawing.And then through the access to information, review the relevant materials, master the relevant knowledge, do the calculation of the strength and the stiffness of the main sub-positioning parts .Designed and selected gears, bearings and spindles, and checked the strength of these parts. In addition, selected a suitable motor and hydraulic pump as the power source of the device through the analysis and comparison.And then these parts assembled into indexing positioning mechanism, and then analyze the calculation of positioning error, determine the feasibility of the device.The device can also be applied to other machine tools and equipment, these machines and equipment processing accuracy and processing efficiency can be significantly improved,which occupies an important position in the modern industry.Key word: Gear, gear grinding machine, indexing mechanism, machining accuracyI目 錄摘 要 IABSTRACT I1. 緒論 31.1 課題的意義 31.2 課題背景 31.3 本課題研究的內容 52. 分度定位機構的設計 62.1 磨床型號的含義 62.2 Y7063 齒輪磨床設計參數(shù) 62.3 Y7063 齒輪磨床分度機構 93. Y7063齒輪磨床的其他分度裝置的設計 213.1 Y7063A 齒輪磨床分度機構 .213.2 無中間浮動塊的反靠分度定位機構 233.3 工作臺可抬起的多吃盤定位機構 244. 回轉工作臺回轉角度與初始加工位置的確定 .275. 環(huán)保分析 .296. 結論 .30參 考 文 獻 31致 謝 .32附錄 1：外文翻譯 33附錄 2：外文原文 41齒輪磨床分度機構設計- 2 -1. 緒論1.1 課題的意義齒輪傳動是機械傳動的主要形式。齒輪是機器的基本組成部分,齒輪的品質、性能、壽命在很大程度上決定了機構的性能和技術經(jīng)濟指標。同時齒輪制造水平在很大程度上能夠反映一個國家機械工業(yè)的水準,因為齒輪的形態(tài)多樣、技術問題也比較多,因此加工難度較大。為了提高齒輪傳動的載荷和效率,如何優(yōu)化齒輪的設計和制造,越來越受到企業(yè)的重視。磨齒是齒輪精加工的主要方法,齒輪的精度與磨齒機的精度有直接關系。而在諸如展成運動精度、分度精度、磨削進給量以及砂輪質量等等這些影響磨齒精度的因素當中,分度精度的影響最為突出。所以,設計一個高精度的齒輪磨床分度定位機構至關重要。1.2 課題背景課題的背景從齒輪的加工方法、齒輪磨床的種類和發(fā)展趨勢和分度定位機構的種類三部分介紹。1.2.1 齒輪的加工方法齒輪的加工方法大致可以分為:磨齒機磨齒,刨齒機刨齒 ,滾齒機滾齒,銑床銑齒,插床插齒,冷打機打齒, 壓鑄機鑄齒,剃齒機,精密鑄齒。其中齒輪磨床所使用的方法是齒輪機磨齒的方法,這種方法可以使齒輪的加工范圍加大,加工精度提高。成型法加工的特點是所有的刀具的切削刃形狀與被切齒輪輪槽的形狀相同。采用成形法形成齒輪齒形的方法有:用齒輪拉刀拉齒、用齒輪銑刀銑齒 ,用成形砂輪磨齒等【22】 。這些加工的方法的加工精度容易受刀具的安裝精度影響,因此加工精度比較低。加工中需要應對多次不連續(xù)齒加工時候,生產(chǎn)力很低,不實用。運用的齒輪之間相互嚙合的原理制造出的齒輪輪廓是刀具切削刃運行軌跡的包絡線的方法即為展成法。齒數(shù)不同的齒輪也可以用一把刀具進行加工,前提是模數(shù)相同。用展成法加工齒輪的機床有: 磨齒機,插齒機, 滾齒機 ,剃齒機和珩齒機等。展成法所加工的齒輪精度高,生產(chǎn)率高,不同的齒輪也可以用相同的道具加工,因此應用最為廣泛。展成法是一種對齒輪的精加工,其工作效率較低,一般使用齒輪磨床進行加工。其中齒輪磨床的分度定位機構對于齒輪加工精度有著很大的影響。直接影響到齒輪的精度等級與加工誤差。齒輪磨床分度機構設計- 3 -1.2.2 齒輪磨床的種類和發(fā)展趨勢隨著機械行業(yè)對產(chǎn)品精度、可靠性和質量的要求不斷的提升加上多種新材料的開發(fā)與利用,磨削加工技術已向著超硬度磨料磨具、精密和超精密磨削的開發(fā)和研究制成高精度、高剛度、多軸等自動化磨床等目標發(fā)展 【4】 。本課題中經(jīng)歷了近百年發(fā)展歷史的齒輪磨床,如今已由單一品種發(fā)展成規(guī)格繁多的多種系列,有錐形砂輪系列,蝶形雙砂輪系列,蝸桿砂輪系列等,從原始的機械磨床到先進的數(shù)控磨床,隨著 CBN 砂輪逐漸替代氧化鋁砂輪 ,磨床的精度,性能和加工效率都有了顯著的提高,而且操作過程也趨向于簡單化,更方便人們操作。在我國齒輪磨床的發(fā)展歷史也已長達四十多年,研發(fā)出了多系列多規(guī)格的齒輪磨床。伴隨著經(jīng)濟和科技的日益發(fā)展,齒輪加工工業(yè)對于齒輪的精度和表面粗糙度的要求日益提高,同時齒輪的樣式和材料也有新產(chǎn)品產(chǎn)生,由于磨床加工的特性,使的齒輪磨床在現(xiàn)在工業(yè)的齒輪加工中有著重要的地位。在此之外,磨床的環(huán)保要求也有所提高,封閉式罩殼已經(jīng)應用在大部分的磨床當中,使切削所剩余料和切削液不會外濺。這種環(huán)保型磨床,使工作的環(huán)境更加優(yōu)越,同時又降低了由于濺出物對操作者帶來的傷害。這也反映出現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)保要求的不斷提高。1.2.3 定位分度機構的種類機械的運動形式很多。當加工若干個完全相同的均勻分布的表面時,為使表面成形運動得以周期地連續(xù)進行的運動叫做分度運動。分度運動的形式由分度機構和定位機構兩部分組成,在傳動運動的帶動下時動時停。常見的分度機構有:扇形齒輪分度機構、拉桿分度機構、槽輪分度機構、欠齒鏈輪分度機構。常見的定位機構:單定位機構,復式定位機構。分度定位機構在磨床中也常常被使用。隨著精加工和超精加工在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中越來越廣泛地被運用,同時伴隨著新材料和高硬度材料的使用,齒輪磨床在齒輪加工中被應用的更加廣泛,因此分度定位裝置也應用更加廣泛,基于此分度定位機構的精度和剛度需要提高。本次設計選取采用展成法對齒輪精加工的 Y7063 系列齒輪磨床。因此該磨床中的分度定位系統(tǒng)的定位精度直接影響齒輪的加工精度.該齒輪磨床采用了齒輪傳動的方法進行定位.應用了超越離合器,使得該機床在定位時候,定位機構不會逆向轉動,保證了定齒輪磨床分度機構設計- 4 -位精度.同時對分度機構的分度交換齒輪的齒數(shù)模數(shù)以及加工精度的要求,直接影響到對零件加工精度.因此在該齒輪磨床中,定位分度機構至關重要.1.3 本課題研究的內容本次設計題目為齒輪磨床分度機構設計,選取經(jīng)典的雙蝶形砂輪成型磨齒機 Y7063系列齒輪磨床為研究對象設計分度定位機構,本次設計需要重點解決分度定位機構的設計,計算,繪制總體裝配圖,定位分度機構的裝配圖和零件圖,原理圖等。然后撰寫設計說明書。按照要求,明確課題的目的,通過閱讀大量與其有關的文獻和期刊,教材以及參考資料,利用專業(yè)知識和手頭的資料,對 Y7063 系列齒輪磨床的分度定位機構進行設計 ,根據(jù)題目要求將其各部分結構設計完成。將其畫出草圖,最后對方案的可行性進行分析驗證。齒輪磨床分度機構設計- 5 -2. 分度定位機構的設計2.1 磨床型號的含義按 GB/T15375-1994，以牌號 Y7063A 為例，Y—指磨床中的齒輪磨床，讀作“牙”。7—平面及斷面磨床。0—蝶形砂輪。63—可加工工件最大分度圓直徑為 630mm。A—第一次重大改進。2.2 Y7063齒輪磨床設計參數(shù)表 2.1 Y7063 齒輪磨床具體參數(shù)技術規(guī)格 Y7063 雙砂輪磨齒機工件的節(jié)圓直徑/mm 70~630工件的模數(shù)/mm 2~12（法向）工件的齒數(shù) 10~180工件的螺旋角 ±45°工件的寬度（直齒輪）/mm —工作臺最大行程/mm:縱向橫向500—工作臺縱向進給速度/（mm/min） 100~900工作臺直徑/mm ―砂輪尺寸/mm:外徑內徑220~28040圖 2-1 Y7063 齒輪磨床實物圖齒輪磨床分度機構設計- 6 -圖 2-2 Y7063 齒輪磨床裝配圖3—床身 4—導軌軟帶 7—X 交流伺服電機 11—主軸 16—Z 交流伺服電機 19—主軸電機22—V 型動導軌 24—Y 交流伺服電機（如圖所示，圖 2-1 為 Y7063 齒輪磨床照片。圖 2-2 為 Y7063 齒輪磨床裝配圖。）磨床由床身,砂輪架,工作臺,床頭箱,尾架組成的。砂輪架上按有砂輪,Y7063 系列齒輪磨床是雙砂輪磨齒機,如圖 2-3 兩個蝶形砂輪傾斜固定的角度,形成假想齒輪的兩個齒的外側面,同時對齒輪進行磨削,它的工作原理跟錐面砂輪磨齒機很相近,所以兩個砂輪可以同時磨削同一個齒的兩個側面或者不同齒的間的不同側面。齒輪磨床分度機構設計- 7 -圖 2-3 用兩個蝶形砂輪磨齒Y7063 系列齒輪磨床是兩個平行面被兩個磨頭的砂輪斷面同時進行加工 ,被分為臥軸和立軸兩種類型.工件通過直線式或旋轉式送料裝置運送經(jīng)過砂輪.這種磨床效率比較高,適合生產(chǎn)大批量齒輪等工件。齒輪磨床分度機構設計- 8 -2.3 Y7063齒輪磨床分度機構2.3.1 Y7063 齒輪磨床分度機構原理圖 2-4 Y7063 齒輪磨床分度機構原理圖1—圓柱彈簧 2—單齒離合器 3—液壓缸 4—杠桿 6—活塞 7、8、9、10—圓柱直齒輪 11—直齒條 12—超越離合器 13—渦輪 14—蝸桿 15—角接觸球軸承該機構是用液壓控制的,如圖 2-4 所示,運行時時,壓力油進入油缸③右腔,推動活塞經(jīng)杠桿④脫開單齒定位離合器②。同時,消除分度系統(tǒng)間隙的油缸?復位。隨后壓力油進入分度油缸⑥下腔,推動活塞齒條帶動齒輪⑤和⑨轉動,再經(jīng)齒輪⑩,分度交換齒輪a,b,c,d,帶動蝸桿?,渦輪? 轉動,使工件轉過 1/Z 轉 (Z——工件齒數(shù)),實現(xiàn)分度。隨后壓力油進入油缸③左腔,單齒離合器②在彈簧①作用下重新嚙合定位。油缸?帶動單向超越離合器的齒輪?,消除分度系統(tǒng)的間隙。最后 ,分度油缸活塞齒條 ⑥復位,由于齒輪⑨內帶有超越離合器,因此蝸桿不會回轉。分度交換齒輪計算式為: Zdba56c??齒輪磨床分度機構設計- 9 -根據(jù)公式，該分度機構在實際生產(chǎn)中，雖然定位精確性上比較高，但是在使用時候比較繁瑣，由于一組分度交換齒輪只能加工一種類型的齒輪，而對其他齒數(shù)的齒輪則無法加工，使得該裝置在實際加工上有很大的局限性。在對一種齒輪進行加工時加工效率和精度上比較高，在對多種齒數(shù)齒輪進行加工時，由于需要對分度交換齒輪進行不斷的更換，使得工作效率和機械加工的效率降低，同時因為不斷更換分度交換齒輪，對分度機構的磨損也比較嚴重，因此該機構的優(yōu)缺點都在不同環(huán)境下暴露出來。圖 2-5 Y7063 齒輪磨床分度定位機構1—圓柱彈簧 2—單齒離合器 3—液壓缸 4—杠桿 6—活塞 a,b,c,d—圓柱直齒輪 11—直齒條 12—超越離合器 13—渦輪 14—蝸桿 15—角接觸球軸承如圖 2-5 所示，為 Y7063 系列齒輪磨床的分度定位機構的組成：從上至下四個軸分別定義成 1 軸、2 軸、3 軸、4 軸，在這些軸上分別裝有齒輪，軸承，離合器等零件。其中 4 軸與動力源鏈接，并且以 1:3 的傳動比將動力傳遞到 1 軸，下面以 1 軸為例進行齒輪磨床分度機構設計- 10 -計算。由于該定位機構在軸向不受彎矩或力的作用,在設計的時候只需要對其扭矩和徑向力進行校核.由于軸的間距已經(jīng)確定,在選擇分度交換齒輪的時候,需要考慮的是齒數(shù)和模數(shù),以保證齒輪的機械強度。圖 2-6 Y7063 齒輪磨床分度機構軸裝配圖1—圓柱直齒輪 2—角接觸球軸承 3—超越離合器 4—主軸（1）分度機構中齒輪設計該分度機構中，利用齒輪傳動的方式來實現(xiàn)工件的分度，因此齒輪的傳動比直接影響到所加工齒輪的齒數(shù)。同時所加工齒輪齒數(shù)的不同，根據(jù)公式 * = 可以得出相對應的一套分度交換齒輪。但是齒輪的強度和剛度同時也要符合機械設計手冊才可以實際使用。如圖 2-6 所示，為分度機構中從上至下第 3 跟軸，以該軸上齒輪⑩為例進行計算，由于該齒輪為漸開線標準圓柱直齒輪，因此采用其強度校核公式進行計算，并登出相應齒輪的具體尺寸。齒面接觸強度計算：d 1=Jd齒根彎曲強度計算：m=12.5d1——齒輪分度圓直徑（mm）m——端面模數(shù)（mm）T1——齒輪額定轉矩（N·m）Z1——齒輪齒數(shù)Φ a、 Φ b、φ m——齒寬系數(shù)，Φ a=b/a，Φ b=b/d1， Φ m=b/m齒輪磨床分度機構設計- 11 -σ HP——許用接觸應力（MPa），可取 σ HP≈σ Hlim/SHmin，σ Hlim 可以查表得300—400（MPa），可取接觸強度計算的最小安全系數(shù) SHmin≥1.1σ FP——許用彎曲應力（MPa），可取值為 σ FP=1.6σ Flim，σ Flim 是實驗齒輪的彎曲疲勞極限，查表的 375（MPa）YFS——力作用于齒頂時的復合齒形系數(shù)，查表得其為 4.0K——載荷系數(shù)，常數(shù) K=1.2—2.2。原動機出力均勻，工作機載荷平穩(wěn)，齒寬系數(shù)小，軸承對稱分布，軸有著較大剛性，精度高的齒輪，低速的圓軸轉動時取小值，反之，取大值Ja、J d——計算系數(shù)，查表得為 401、636將以上數(shù)值帶入公式進行計算，得出起 m=2.5mm，d=125mm由于齒輪在工作過程中會發(fā)生損壞甚至齒會發(fā)生斷裂，因此對所確定的齒輪尺寸進行抗疲勞承載能力校核計算。因為抗疲勞強度計算的公式都是由強度計算公式得來，因此只需要對特殊點進行校核即可。所以齒輪的抗疲勞承載能力的校核計算只需要對齒面接觸疲勞強度計算和齒根彎曲疲勞強度計算。計算得出，在該尺寸下，都滿足其超過許用應力值，所以該齒輪確定的尺寸是可以的。其余齒輪同理可以計算出各個相應的尺寸，并可以計算出齒輪傳動的傳動比。其他齒輪同理可以得出其相應的尺寸并用同樣的方法進行校核，從而得出整套裝置的齒輪尺寸，可見裝配圖所示。該分度機構主要是依靠齒輪傳動裝置來實現(xiàn)分度的，但是由于加工的齒輪不同，起分度交換齒輪的尺寸參數(shù)是不確定的，為了更加直觀的確定每個分度交換齒輪的具體參數(shù)，因此對所需要加工的齒輪齒數(shù)做一個確定的值來確定其分度交換齒輪的具體尺寸。取所要加工的齒輪的齒數(shù)為 45根據(jù)以上公式進行計算可以得出：A 齒輪 d=160 z1=64 m=2.5B 齒輪 d=80 z2=32 m=2.5C 齒輪 d=70 z3=28 m=2.5D 齒輪 d=112.5 z4=45 m=2.5其傳動比等于齒數(shù)的反比,等于 45：56﹙2﹚分度機構中軸承的設計在該分度機構中使用到了滾動軸承。在現(xiàn)代工業(yè)中滾動軸承是一種被廣泛應用的部件，傳動元件間是靠滾動軸承間的滾動接觸所支撐的 【6】 。滾動軸承有著摩擦阻力小，功率消耗少，起動容易等優(yōu)點被用于現(xiàn)代機械工業(yè)中。軸承裝置的設計包括：選擇軸承類型，確定軸承尺寸和正確設計軸承裝置。齒輪磨床分度機構設計- 12 -選擇軸承類型以圖 2-6 中所示的軸承為例進行計算由于該結構中，軸承所受的載荷主要是由軸轉動帶來的徑切向載荷，但是在徑向上沒有其他載荷或者其他載荷較小可以忽略不計。同時因為轉速較低，這些因素不成為選擇軸承類型的依據(jù)。由于徑向承載能力比較良好，軸向單向承載能力良好，調心性和調隙性都要求比較良好，同時要求有較低的摩擦系數(shù)來減少功率損失，根據(jù)以上條件選擇角接觸球軸承，其性價比也高達 2.1.角接觸球軸承的類型代號為 7確定軸承尺寸計算滾動軸承基本額定壽命公式：（軸承的工作轉速為 n，以小時數(shù)為單位的基本額定壽命）L10h=L10h——失效 10%時軸承的基本額定壽命（ 106r）C——基本額定動載荷（N）P——當量動載荷（ N）ε——壽命指數(shù)、由于是球軸承所以取值為 3L10≥[L h][Lh]為要求的滾動軸承的額定壽命，經(jīng)查表得 12000—20000﹙h﹚C≥C ,=Pε根據(jù)該公式計算出 Cor=48.0,Cr=68.2 都滿足公式需求。滾動軸承需將工作載荷轉化為當量動載荷進行壽命計算,在此條件下,軸承使用壽命跟實際受載下軸承使用壽命是相同的。當量動載荷計算：P=f d(XFr+YFa)Fr——徑向載荷（N）Fa——軸向載荷（N）X，Y——徑向系數(shù)和軸向系數(shù)fd——沖級載荷系數(shù)查手冊得 X=1，Y=0，e=0.5 ，F(xiàn) a/C0=0.170，載荷 Pr ≤0.08C r角接觸軸承的支反力作用在載荷作用中心 o 處，它的位置為各個滾動體載荷矢量與軸線的交點。齒輪磨床分度機構設計- 13 -將以上的數(shù)值帶入公式進行計算，得出起軸承的基本尺寸d=50mm，D=110mm,B=27mm 等，其軸承代號為 7310B軸承裝置設計軸承的安裝主要考慮的公差配合，由于本軸承為輕載的，因此軸承的軸公差帶為k5，軸承的外殼孔公差帶為 J7。由于這個軸承為低速軸承因此采用，且 dn 小于 16，所以采用脂潤滑。（3）分度機構中軸的設計在該分度機構中所使用的軸都為傳動軸。在這機構中，軸轉動，帶動起周上的零件一起旋轉，同時還起到固定各個零件間的距離，使他們之間的距離保持不變。而且還對整個機構有支撐作用。軸的設計包括結構設計和強度校核兩方面。結構設計主要是根據(jù)軸上零件的安裝,定位和軸加工工藝來確定的。功能計算主要是對軸的剛度，強度等方面的計算。如圖 5 所示，以此軸為例進行計算，其他軸同理可得軸的結構設計首先擬定軸向的安裝方案，該軸的安裝方案為：軸承、套筒、齒輪、套筒、軸承、軸承端蓋、套筒、齒輪、彈性擋圈。起安裝方法是，將這些零件從右到左依次安裝。然后對軸上的零件進行定位，該軸上的零件的定位，分別使用了定位軸肩，套筒，軸承端蓋，彈性擋圈來定位。經(jīng)查表得，該軸上屬于機床齒輪和軸公差配合，中載齒輪和軸公差配合，所以采用了 的配合代號。由配合代號可以看出，此配合為過渡配合，不需鍵、花鍵銷等周向定位零件，各個零件的安裝只需要用手錘輕輕打入即可。最后對各個軸段的直徑和長度進行確定。由于該軸上零件的的尺寸已經(jīng)確定,再根據(jù)起所采用的配合代號,可以初步確定各個軸段的最小軸徑,然后根據(jù)此軸在最小直徑dmin 各個定位零件的直徑。對該軸的各個軸段進行長度確定,使得結構更加緊湊,同時還要考慮零件間配合間隙和調整空間,還要考慮該軸在分度機構中的位置和用途,得出各個軸段的尺寸如圖 2-7 所示。齒輪磨床分度機構設計- 14 -圖 2-7 Y7063 齒輪磨床分度機構軸零件圖① 對軸功能計算強度校核計算，由于此軸在工作時，只受扭轉力矩的作用，而其受的彎矩很小，可以忽略不記。因此在可以按照扭轉強度條件計算τ T= ≈ ≤[τ T]τ T——扭轉切應力，MPaT——軸所受的扭矩，N·mmWT——軸的抗扭截面系數(shù)，mn——軸的轉速，r/min，可以根據(jù)動力源的轉速和齒輪傳動比得出其值為 4n0P——軸傳遞功率， kWd——計算截面處軸直徑[τ T]——許用扭轉切應力，MPa，查表可得起范圍為 20—35（MPa ）d≥A 0查表可得 A0 的取值范圍是 135—112,由于只受扭矩作用 ,載荷平穩(wěn),無軸向載荷,軸在工作時單向旋轉,因此[τT]取較大值,A0 取較小值。經(jīng)過講以上確定的各個軸段的直徑代入公式計算,符合其強度要求,強度校核合格。軸的剛度校核計算由于該軸所受彎矩較小可以忽略不計,因此可以只按扭轉強度進行校核計算。因為此軸為階梯軸,因此查得公式為:φ=5.73 × ≤[φ]G—軸所用材料的剪切彈性模量，單位 PMa，鋼材的 G=8.1×104MPaL—階梯軸中受到扭矩作用的長度，mmIp—軸截面的極慣性矩，單位為 mm4,圓軸的 Ip=Ti、 li、I pi—分別代表階梯軸第 i 段上所受的扭矩、長度以及極慣性矩，單位同上z—階梯軸受到扭矩作用的軸段數(shù)，查得為 2[φ]是每米軸長的允許扭轉角。由軸的使用場合決定。根據(jù)該題目的要求其取值范圍是 0.25—0.5﹙o﹚/m齒輪磨床分度機構設計- 15 -（4）分度機構中離合器的設計在該分度機構設計中,由于分度裝置要進行分度,因此需要離合器。離合器在機械運轉中可以將系統(tǒng)在任意時間分開或者連接。離合器選擇的基本要求:平穩(wěn)的接合,快速徹底的分離 ;方便修理和調節(jié);外殼尺寸小;質量輕;耐磨性能好和有足夠的散熱能力;操作方便簡潔。離合器大致可以分為牙嵌式和摩擦式兩種。牙嵌式離合器由兩個帶有牙的齒形離合器嚙合而成,在主軸上固定一個半齒形離合器,另外一半離合器則于從動軸連接起來,并可有操作機構使其軸向移動,從而使離合器斷開和連接。在該分度機構中需要實現(xiàn)進步間隙和精確定位的分度功能，當兩個齒形半離合器發(fā)生相對運動或者相對轉動使得離合器分開或者嚙合，而本機構按超運轉速度，所以選擇超越離合器。由于該分度定位機構定位精度要求比較高，因此選擇棘輪型超越離合器。在工業(yè)生產(chǎn)中主要功能：間歇送進、制動、轉位、超越離合。而荊棘輪式的超越離合器,主要用于間歇、送進、制動、轉位、分度。超越離合器的用途：變化速度：在運動連接始終不分離的狀態(tài)下，能夠使從動件獲得快慢兩種不同速度防止逆轉：使用單向超越離合器只有在一個方向轉動時傳遞轉矩，而當反方向轉動時空轉，不傳遞扭矩。間歇運動：通過將單向離合器和雙向離合器的適當配合，能夠使從動部分完成某種規(guī)律的間歇運動。因為超越離合器是通過荊棘輪進行分度的，其優(yōu)點為：較高的定位精度，可達±3；。能夠自動定心，定位的精度不受軸承間隙和正反轉的影響（也稱自由定心）。定位精度受齒輪的磨損程度影響較小，通過長期使用，輪齒之間咬合的不斷磨合，可以改善定位精度。因此有良好的精度保持性。具有較強的載荷能力。定位的剛性也較好。能夠加工復雜的高精度齒盤的齒形;分度、定位時, 動齒盤要升降,同時要有夾緊裝置。齒輪磨床分度機構設計- 16 -在齒的種類選擇上，應該選擇正三角形齒，其齒數(shù)應該與所需要加工的齒輪齒數(shù)相同，這樣對于工件的加工精度有所提高。（5）分度機構動力源的設計該分度機構的動力源，采用了電機和液壓泵②電機的設計在該分度機構中使用到電機的地方有 2 個，應該分別進行設計對于圖 4 原理圖中，分別在③和⑥的地方使用了電機，由于需要對進入油缸的油量進行控制，而且還需要控制起輸出功率和轉速，因此應該選用控制電機。在③處，為了使其左側油缸內加入液壓油，使超越離合器分離開，而對精度要求不高，因此可以選擇交流異步電動機。異步電動機具有以下特點:①結構簡單,②維修方便 ,③工作效率高,④重量輕,⑤成本低,⑥負載特性硬等。此類電動機是各種類型電動機中應用最廣,需要最多的種類。適用于對驅動沒有特殊要求的機械裝備。在該分度機構⑥處同樣需要電動機,來時其液壓油進入起下端的液壓缸內,拖動活塞,使齒條向上運動,帶動整個齒輪機構轉動,因為該處與定位分度有關,所以其電機的定位精度與轉動角度需要精確定位,因此選用步進電動機。利用電磁鐵磁場相互作用原理的步進電機將電脈沖信號轉換為線位移或者角位移的電動機。計算機依據(jù)已知的數(shù)據(jù)和要求運算,將運算所得結果轉變?yōu)槊}沖信號,計算機每次發(fā)出一個脈沖信號,步進電動機就轉動相應的角度,一次這個分度裝置就可以轉動相對比較小的角度,這樣使定位更加精確。步進電動機選擇可通過一下幾點：步進電動機轉矩的選擇；步進電動機轉速的選擇；步進電動機在空載時候選擇啟動的頻率；步進電動機的相數(shù)選擇；步進電動機在不同的環(huán)境使用選擇；步進電動機的特性：無需反饋系統(tǒng)，操作簡單；與計算機的連接，速度控制，以及驅動電路都比較簡單；角度累積誤差被消除；；停止轉動時可以保持轉矩沒有轉向器等機械部件，使得保養(yǎng)費用較低；齒輪磨床分度機構設計- 17 -無需傳感器，定位精度高；在脈沖信號給定的條件下，可以以任意轉速轉動；在獲得較大轉矩時比較困難；不宜在高速環(huán)境下使用；體積重量較為笨重，功率效率上比較低；電機在超出過載運行時會損壞，出振動和噪音會在電機高速運行發(fā)出。根據(jù)以上要求和 Y7063 系列齒輪磨床定位分度機構中各種重要零件的參數(shù)，可以選出其步進電機的型號為：MT57STH52-2804A。其扭矩為：1.01N.M,向電流為:2.8A③液壓泵的設計：液壓泵的工作原理：就像我們平時見到的注射器一樣，再配以自動配流裝置即可。在這里我們選擇外嚙合齒輪泵。因為外嚙合齒輪泵的結構簡單,重量輕,體積小,工作可靠,一般應用于磨床上,大都使用外嚙合齒輪泵。根據(jù)要求了解主機的功能、功率和工況,選擇液壓泵的種類,而后再根據(jù)壓力和流量的要求確定具體規(guī)格。(1) 液壓泵的類型選擇液壓泵中的齒輪泵、葉片泵、螺桿泵、柱塞泵的優(yōu)缺點和價格,應根據(jù)性能要求選擇主機種類及性能、功率大小和系統(tǒng)特征,同時也要考慮定量亦或是變量 ,動力源的類型、轉速、容積效率、總效率、自吸能力、噪聲等因素。(2) 液壓泵的工作壓力在使用定量泵(排量不可變)負載時候切忌跟壓力控制閥串連, 只要保證泵轉速不變,負載壓力能夠決定泵的壓力,泵的輸出流量不受壓力變化的影響。在使用變量泵(排量可變) 油缸負載時候切忌串聯(lián)壓力控制閥, 當液壓控制系統(tǒng)內采用了負荷傳感系統(tǒng)或功率控制系統(tǒng),這樣,負載壓力泵的輸出流量會類似成反比,具體以壓力流量特性曲線為準。(3) 液壓泵的流量a. 對于設計更新液壓系統(tǒng)。在實際中屢次實踐,最終選用先進的優(yōu)先閥跟負荷傳感全液壓轉向器配合的形式,在滿足轉向要求的前提下,新系統(tǒng)會優(yōu)先對它調配流量,能夠在絕大多數(shù)情況下都能滿足液壓油的供應,其余的液壓油則可供給工作裝置回路,避免了因為液壓油過多粘稠使得功率下降,優(yōu)化了此液壓系統(tǒng)的工作效率,減輕了油缸的工作壓力。齒輪磨床分度機構設計- 18 -b. 改良設計動臂油缸和液壓泵外形,減輕系統(tǒng)工作壓力。通過改良計算,動臂油缸采用標準系列 80/4。泵體的排量從原先 10ml/r 調整到了 14ml/r,把系統(tǒng)壓力調到 14MPa,以滿足動臂油缸的抬舉力與速度的需求。c. 在使用過程中要做到正確使用裝載機以及時常維護,使用一段時候后要對液壓油進行更換,以免液壓油污染,定期的檢查與維護也是必不可少的。液壓系統(tǒng)的優(yōu)點:a.可以輕松地做到大范圍的無級變速；b.相比同等輸出功率的傳動裝置,液壓傳動裝置的占用空間小,質量輕,動態(tài)功能好。c.使用液壓系統(tǒng)傳動具有傳動平穩(wěn)無間隙的特點。d.在實際生產(chǎn)中有自我的過載保護和自動循環(huán)的過程,而在運動時液壓缸處于液壓油環(huán)境中得到更好的潤滑使得磨損降低,e.液壓元件都是標準化、系列化的產(chǎn)品，便于設計、制造和推廣應用。2.3.3 定位誤差分析定位誤差產(chǎn)生的原因:基準不重合誤差,定位基準跟設計基準不統(tǒng)一產(chǎn)生的加工誤差, 以及基于工序基準與定位基準不同而產(chǎn)生的一批工件中尺寸相對工序基準產(chǎn)生的偏差都叫做基準不重合誤差?；鶞饰灰普`差,一批工件定位基準相對于定位元件的位置最大變動量稱為基準位移誤差. 因定位基準自身的外形和尺寸偏差以及定位基準跟定位元件之間的間隙而導致的一批產(chǎn)品定位基準在加工尺寸方向的最大偏移,叫做定位基準位移誤差,用 Y 表示。上述兩類誤差之和即為定位誤差，可得計算公式 D=Y+B在計算過程中還需對其中的多個組成環(huán)進行計算。例如 Y 中除間隙跟幾何形狀外，夾具定位組件的位置誤差也要計算在內。在計算定位誤差的時候,首先要分別計算基準不重合誤差和基準位移誤差,然后根據(jù)要求將兩者合成定位誤差?；鶞什恢睾险`差和基準位移誤差并非必然出現(xiàn),要根據(jù)要求計算,當基準重合且不變時,用調整法加工同一批零件時才會出現(xiàn)定位誤差。試切法加工被使用時,就不會出現(xiàn)定位誤差。加工過程中,為確保加工位置正確,以防加工時工件因受外力影響,使工件的位置發(fā)現(xiàn)偏轉從未產(chǎn)生定位誤差,須夾緊工件。在加工過程中,有很多地方可以產(chǎn)生誤差,定位誤差只是在加工工件過程中各種誤差的一種,為了保證能夠得到符合精度的齒輪,通常條件下,規(guī)定不得超過零件加工公差 T的 1/5~1/3 作為定位誤差,即Δ D≤(1/5 ～1/3)T齒輪磨床分度機構設計- 19 -式中 Δ D─定位誤差，單位為 mm；T ─工件的加工時公差，單位為 mm。造成定位誤差的原因有兩個：1.定位基準和工序基準不統(tǒng)一而引起的基準不重合誤差;2.定位基準和限位基準不統(tǒng)一而引起的基準位移誤差。定位誤差的計算：定位基準和限位基準重合,為齒輪的下表面為定位基準面。定位的誤差為的計算公式為：＝ +D?Br＝ 01?T所以該分度交換齒輪定位的誤差為：＝ +DBr＝ 1=0.1+0=0.1 o因此這種方式的定位誤差已超過工件公差的 2/3，不合格，需要提高工序尺寸的要求。＝ +D?Br＝ =0.02+0=0.02 o01?T此時定位誤差小于工件誤差的三分之一,即:o （式中: 為工件要求的公差.）03.13???gD gT所以定位誤差符合要求齒輪磨床分度機構設計- 20 -3. Y7063齒輪磨床的其他分度裝置的設計根據(jù)工作原理分類分度機構可分為度盤分度頭、孔盤分度頭、蝸桿副分度頭、端齒盤分度頭、槽盤分度頭以及其他分度機構。分度頭是機床的重要部件,主要由傳動部分、分度定位部分、夾持部分組成。按分度方法和功用可分為 3 種。①等分分度頭:它的等分盤上一般有 24 個等分的孔或槽,可實現(xiàn) 2、3、4、6、8、12、24 等分的分度。通用分度頭的所能達到的精度為±60″。②萬能分度頭:顧名思義它的用途比較廣泛。主軸可在空間內與水平面和鉛垂面成任意角度。分度機構由其上有許多不同等分定位孔的分度盤跟渦輪蝸桿副組成。轉動跟蝸桿相連的手柄直至定位銷插入預設的定位孔中,就完成了一次分度,分度盤上的分度孔不夠分度使用時,可以改變主軸跟渦輪之間的傳動比來擴大分度范圍。在銑床上可使萬能分度頭的交換齒輪連接在銑床的進給絲杠上,使被加工零件的軸向進給和回轉運動相結合,銑削出一定形狀的螺旋溝槽。③半萬能分度頭:結構與萬能分度頭相似,但不是使用分度交換齒輪,而使用分度盤進行分度,不能連接銑床工作臺。組成機器的組件很多,分度機構和定位機構就是其中之一,這種機構廣泛應用于實際。機械的運動形式有很多種,有規(guī)律的間歇運動叫做分度運動。分度運動是由分度機械機構和定位機構在傳動運動的帶動下作間歇運動所形成。3.1 Y7063A齒輪磨床分度機構圖 2-8 單槽定位盤示意圖齒輪磨床分度機構設計- 21 -圖 2-9 Y7063A 齒輪磨床分度機構軸裝配圖該分度機構由液壓控制。如圖 2-8 所示為單槽定位盤示意圖，如圖 2-9 所示為該裝置的裝配圖剖面圖。該分度機構的原理為：分度時候，活塞 19 在壓力油作用下頂起杠桿 2，使得定位塊 4 與單槽定位盤 21 分離。然后壓力油進入油缸 10 下腔，活塞和蝸桿 9 上移，松開超越離合器 7，將蝸桿 8 和軸 18 脫開連接，而錐形摩擦離合器 16 嚙合。此時壓力油被壓入分度油缸的 a 腔，活塞齒條 11 左移，經(jīng)齒輪 23、22、12、17 交換齒輪a、b、c、d 和軸 18，傳動工作臺蝸桿、渦輪，使工件進行分度。當分度油缸活塞齒條11 左移到預定位置后，活塞 19 退回，杠桿 2 被彈簧 5 拉回，定位齒塊在單槽計數(shù)盤齒輪磨床分度機構設計- 22 -14 表面上滑動。直到盤 14 轉一圈后，單槽定位盤 21 真好轉三圈，此時他們的槽也是正好對準，定位齒塊 4 插入齒槽而定位，至此分度循環(huán)結束。單槽計數(shù)盤和單槽定位盤如圖所示。該裝置內的零件的選擇和計算可以與 2.2 中計算同理，并且一一得出其中零件的尺寸，并對該定位分度機構，誤差計算，明確其實際中可靠性。該分度裝置的優(yōu)點：可以對加工工件進行任一齒數(shù)的加工；在分度裝置上，比前者分度定位更加精確；避免出現(xiàn)齒輪誤差；使得分度角度更加靈活化，可以得到自己想要的角度；操作簡單，再變化加工工件時無需更換分度交換齒輪；分度交換齒輪等零件磨損降低，使各個零件上的載荷減小。3.2 無中間浮動塊的反靠分度定位機構齒輪磨床分度機構設計- 23 -圖 2-10 無中間浮動塊的反靠定位機構如圖 2-10 所示該機構是用于機械動力滑臺通用的電氣機械進給傳動機構來實現(xiàn)分度回轉的，并用雙速電機驅動。當蝸桿渦輪傳動臺面 4 以快速行程進入下一個位置時候，工作臺上相應的固定當鐵 1 越過彈簧定位銷 2 后，定位銷 2 復位，使行程開關動作，工作臺慢速反靠回轉，知道固定擋鐵 1 和定位銷 2 貼合為止。該裝置內的零件的選擇和計算可以與 2.2 中計算同理，并且一一得出其中零件的尺寸，并對該機構進行計算誤差，明確其可行性。該機構設計上比較簡單，也具有一定可行性，但是該機構在其結構和功能上還存在一定的欠缺：不能做到對所有需要加工的齒輪齒數(shù)進行加工；無法確定加工零件最后終止的地方，在最后沒有自鎖裝置；此機構在定位時候存在沖擊載荷，對機構使用壽命有影響；此機構中定位銷和工作臺間的滑動，增加磨損。3.3 工作臺可抬起的多吃盤定位機構圖 2-11 工作臺抬起的多齒盤定位機構示意圖齒輪磨床分度機構設計- 24 -圖 2-12 工作臺抬起的多齒盤定位機構剖面圖如圖 2-12 所示，分度時，液壓油進入液壓缸 2 的 A 腔，工作臺 4 被抬起，定位多齒盤 3 脫開，同時離合器 M 咬合。這時分度油缸的齒條活塞 1 帶動齒輪使工作臺分度回轉。分度過程結束后，壓力油進入液壓缸 2 的 B 腔內，工作臺 4 下降，定位多吃盤嚙合定位并且自鎖，齒形離合器 M 分開，分度油缸中液壓油退出，齒條活塞返回原處，循環(huán)結束 【5】 。該裝置內的零件的選擇和計算可以與 2.2 中計算同理，并且一一得出其中零件的尺寸，并對該機構進行計算誤差，明確可行性分析。多齒盤嚙合的特點：齒輪磨床分度機構設計- 25 -定位精度較高，可達±3；。能自動定心，定位精度不受軸承間隙和正反轉的影響（也稱自由定心）。具有很強的承載能力。定位的剛性也較好。齒數(shù)的所有因數(shù)都可作為分度工位數(shù)；容易得到不等分分度。加工復雜的高精度齒盤的齒形；轉位、定位時，動齒盤要升降，并要有夾緊裝置。齒輪磨床分度機構設計- 26 -4. 回轉工作臺回轉角度與初始加工位置的確定起工作臺的初始位置對分度定位機構的精度也有很大的影響。將磨頭固定不動，砂輪繞溝槽圓弧中心旋轉進入溝槽對圓弧溝槽的磨削。下面依靠 CAD 用繪圖的方法確定。讓工件的中心線與磨頭的中心線平行，如圖：2-13圖 2-13 工件中心線與磨頭中心線平行示意圖當工件繞回轉中心旋轉后的結果如 2-14 圖圖 2-14 工件繞回轉中心旋轉后示意圖齒輪磨床分度機構設計- 27 -圖 2-15 出現(xiàn)干涉示意圖注意圖 2-15 中的圓圈處，此時砂輪跟工件出現(xiàn)干涉，因此加工的起點位置不能采用傳統(tǒng)的位置。通過計算，決定改變工作時的起點位置，另砂輪進入溝槽里面，從里向外打磨，結束時工件一共旋轉了 65°，這樣成功地消除了干涉的現(xiàn)象。增加旋轉角度以避免在開始和結束時砂輪碰撞工件。結果如圖 2-16圖 2-16 工件加工的初始位置