少齿数齿轮滚齿机传动系统的设计方案毕业论文(编辑修改稿)

少齿数齿轮滚齿机传动系统的设计方案毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

主轴与工件最小中心距 30毫米 30毫米 最大安装刀具直径 120毫米 120毫米 电机总容量 主电机容量 4千瓦 4千瓦 外形尺寸 ( 长 * 宽 *高 )2280*1100*1910mm (长 *宽 *高 )2280*1100*2260mm 重量 3400公斤 3600公斤 型滚齿机的传动系统 Y38 型滚齿机的传动系统主要由四个传动链组成 1 .滚刀的切削运动。 传动路线为主电动机 — 滚刀。 运动传动链由主电动机 — 带轮 Ф105/Ф222— 齿轮 Z32/Z48— 速度交换齿轮AB— 锥齿轮副 Z23/Z23锥齿轮副 Z23/Z23锥齿轮副 Z20Z/20— 斜齿轮Z13/Z64— 滚刀 n0（ r/min）。 其运动方程式为 1430r/minx105/222x32/48XA/Bx23/2323/23x20/20x16/64=n0 化简后得 i0=A/B=n0/113 陕西理工学院毕业论文 第 12 页 共 43 页 图 21Y38 型滚齿 38 机传 动系统图 在 Y38 型滚齿机上，变速交换齿轮 A 和 B 的中心距是固定的，两交换齿轮的齿数是个常数， A+B=60。 Y38 型滚齿机变数交换齿轮共有八只，可搭配七种滚刀转速，见下表。 交换齿轮速比i0=A/B 18/42 22/38 25/35 28/32 32/28 35/25 38/22 滚刀转速n0（ rmin） 47 64 79 97 127 155 192 Y38 型滚齿机滚刀转速交换齿轮表 陕西理工学院毕业论文 第 13 页 共 43 页 2 工件的分齿运动。 传动路线为滚刀 — 工作台（工件）。 分齿运动必须保证滚刀转速 n0 和工件转速 n之间满足当滚刀转 1r，则工 件转过z0/z（ r）的传动关系。 运动由滚刀转 1r— 斜齿轮 z64/z16— 锥齿轮副 Z20/Z20— 锥齿轮副 Z23/Z23— 锥齿轮副 Z23/Z23 齿轮 Z46/Z46— 差动机构 I 差 — 挂论 e/f— 分齿交换齿轮 a1xc1/b1xd1— 蜗杆副 Z1/Z96— 工作台（工件） Z0/Z（ r）。 其运动方程式为： 1x64/16 x 20/20 x 23/23 x 23/23 x 46/46 x I 差 x e/f x a1xc1/b1xd1 x 1/96=z0/z 化简后得 e/f x a1xc1/b1xd1 =24 z0/z 式中， I 差 为差动机构的传动比，在分齿运动链上， I 差 =1。 为了使分齿交换齿轮的速比不至过大，在分齿运动链中设置跨轮 e 和 f，当工件齿数较多时，采用速度比 1:2 的跨轮。 Y38 型滚齿机分齿交换齿轮的计算式见下表 工件齿数 跨轮 分齿交换齿轮计算式 Z≦ 161 e/f=36/36 a1xc1/b1xd1 =24 z0/z Z≥ 161 e/f=24/48 a1xc1/b1xd1 =48 z0/z 表中 z为工件齿数； z0 为滚刀头数。 3 滚刀的垂直进给运动。 传动路线为工作台 — 刀架垂直进给丝杠。 当工作台转 1r时，滚刀 的垂直进给量为 fa（ mm）以完成整个齿宽的加工。 运动由工作台 — 蜗杆副 Z96/Z1— 蜗杆副 Z1/Z30— 垂直进给交换齿 a2xc2/b2xd2齿轮 Z45/Z36— 锥齿轮副 Z17/17— 锥齿轮副 Z17/17— 蜗杆副 Z4/Z20— 蜗杆副Z5Z30 — 刀架垂直进给丝杠（ t=10）。 其运动方程式为 工作台 1x96/1 x 1/30 x a2xc2/b2xd2 x 43/36 x 17/17 x 17/17 x 4/20 x 5/30 x 10=fa 化简后得 a2xc2/b2xd2=3/4 fa 陕西理工学院毕业论文 第 14 页 共 43 页 4 .工件的附加运动（ 差动运动）。 传动路线为刀架垂直进给丝杠 — 工作台。 滚切斜齿圆柱齿轮时，当滚刀沿工件轴线进给一个工件导程 Pz时，工件必须附加转动 1r。 运动由刀架垂直进给丝杠（ t=10） — 蜗杆副 Z30/Z5— 蜗杆副 Z20/Z4— 锥齿轮副 Z17/17— 锥齿轮副 Z17/17— 齿轮 Z36/Z45— a3xc3/b3xd3— 蜗杆副 Z1/Z30— i差 — 跨轮 e/f— a1xc1/b1xd1— 工作台蜗杆副 Z1/Z96。 其运动方程式为 Pz/10 x 30/5 x 20/4 x 17/17 x 17/17 x 36/45 x a3xc3/b3xd3 x1/30 x i 差 x e/f x a1xc1/b1xd1 x 1/96=1 上式中 i 差 是差动机构的传动比，在差动链上 i 差 =2 导程 Pz的计算公式为 Pz=Π mnz/sinβ 将 i 差 及 Pz带入运动运动方程式，化简后得 a3xc3/b3xd3= sinβ/mnz0 式中 mn— 工件法向模数 β — 工件分度圆上的螺旋角 z0— 滚刀头数。 传动路线为快速行程电动机 — 刀架垂直进给丝杠，刀架垂直方向的快速运动由快程电动机驱动。 运动由快速行程电动机 — 螺旋齿轮 Z16/Z42— 齿轮 Z45/Z36— 锥齿轮副 Z17/17—锥齿轮副 Z17/17— 蜗杆副 Z4/Z20— 蜗杆副 Z5/Z30— 刀架垂直进给丝杠（ t=10）。 其运动方程式为 1430r/min x 16/42 x 45/36 x 17/17 x 17/17 x 4/20 x 5/30 x10 =f’a 化简后得 f’a= 约等与 4 式中， f’a 为刀架快速垂向移动量。 陕西理工学院毕业论文 第 15 页 共 43 页 3. 少齿数齿轮加工工艺 少齿数齿轮加工的关键是齿面加工工艺，在滚齿机上直接加工少齿数齿轮时，会出现机床无法起动的自锁现象。 通过对机床传动系统进行分析计算 发现，出现该现象的主要原因是机床传动链较长，传动系统效率太低，可以通过降低机床传动系统的起动速度来解决这个问题。 少齿数齿轮材料的选择 在少齿数齿轮传动中，由于少齿数齿轮齿数很少，在啮合传动中每个齿的工作频率很高，少齿数齿轮传动比普通斜齿轮传动在同样使用条件下磨损严重，齿轮的耐磨性是一个非常关键的性能要求，而少齿数齿轮又不能进行磨齿加工，所以少齿数齿轮需做成硬齿面，否则，寿命太短就不能适应工程的需要。 因此，在少齿数齿轮的设计与制造过程中，要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件需要，使零件经久耐用，如果 齿轮材料选择不当，则会出现零件的过早磨损，甚至失效，合理选择和使用齿轮材料十分重要。 少齿数齿轮材料的选择可以参考普通圆柱齿轮的选择原则进行，材料的选择要同时满足齿轮的机械性能，切削工艺性能和经济性要求。 在少齿数齿轮传动中，由于采用较大的螺旋角，齿面各点都有较大的相对滑动，因而会加剧磨损速度。 因此，齿轮毛坯对材料要求有高的接触疲劳强度和抗弯曲疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部也要有足够的强度和韧性。 由于小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄，强度低于大齿轮，为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮 的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。 因此，在确定大小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高。 根据材料的使用性能确定了材料牌号后，要明确材料的机械性能或材料硬度，然后可通过不同的热处理工艺达到所要求的硬度范围，从而赋予材料不同的机械性能，主要要提高小齿轮的齿面的耐磨性。 陕西理工学院毕业论文 第 16 页 共 43 页 齿轮要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此选材时要对材料的工艺性能加以分析。 一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求。 但强度不够高，淬透性较差。 而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削 加工性能较差。 我们可以通过改变工艺规程、热处理方法等来改善材料的工艺性能。 在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应注意尽量降低零件的总成本。 我们可以从以下几方面考虑： 从材料本身价格来考虑。 碳钢和铸铁的价格是比较低廉的，因此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能，而且可降低成本。 从金属资源和供应情况来看，应尽可能减少材料的进口量及价格昂贵材料的使用量。 从齿轮生产过程的耗费来考虑。 首先，采用不同的热处理方法相对加工费用也不一样，如 12CrNi3A 钢渗碳表白悴火的费用要比氮化处 理的费用少得多，而碳氮共渗又具有生产周期短和成本低的特点。 其次 ,通过改进热处理工艺也可以降低成本。 如某齿轮工作时在高速。 中载且承受中等冲击条件下，原选用中合金高级渗碳钢 18crZNi4 认人材料，其经过 910— 940℃ 渗碳， 850℃ 淬火 ,180— 200℃回火后机械性能的抗拉强度 ≥ 1177Mpa、屈服强度 ≥ 834Mpa、延伸率 ≥ 10%、断面收缩率全 45%，冲击韧性全 98OkJ/m2，硬度为 58— 62HRC。 虽能满足齿轮的使用性能和工艺性能，但零件的价格高。 现选用价格相对便宜的低碳中合金、中淬透性渗碳钢 20CrMnTi。 经过 910— 940℃ 渗碳， 870e 淬火 ,180— 200℃ 回火后机械 性能的抗拉强度 ≥ 100MPa、屈服强度 ≥ 850MPa、延伸率 ≥ 10%、断面收缩率 ≥ 45%，冲击韧性 ≥ 680，硬度为 58 一 62HRC。 仅此一项改进 ,材料费用不仅大大降低，而且满足了其使用性能和工艺性能。 第三，所选钢种应尽量少而集中，以便采购和管理。 随着齿轮形状、尺寸和材料向着多品种、多系列和个性化的方向发展 ,尤其是在型号多、产量小时，在齿轮锻造、机加工和热处理等生产工艺方面，存在着设计量大，生产周期长、效率低、成本高、能耗大、管理难和 质量不易保证等不利状况，因此在齿轮选材时、精选、优选和压缩材料牌号和规格有利于提高选材通用化、系列化和标准化程度，提高材料的利用率，提高材料采购 陕西理工学院毕业论文 第 17 页 共 43 页 的计划性，以减少库存积压 !加快资金流动，方便储存和保管以及降低材料的成本消耗。 最后，我们还可以通过改进工艺来提高经济效益。 如模锻件生产的模锻工艺己突破传统工艺的要求 ,在提供成型毛坯时 ,可利用少无切削工艺 ,模锻与机械精加工相结合，部分或全部取代切削加工直接生产零件，或在生产中采用成组技术与工艺，也可提高产品质量、生产效率和降低成本。 综上所述，在选择齿轮材料时，必须结 合我国资源和生产条件，从实际出发，全面考虑机械性能、工艺性能和经济性等方面的问题，只有合理选材才能保证齿轮质量、降低产品成本，从而提高市场竞争力。 根据使用要求和工作条件选取合适的材料，普通传动齿轮选用中碳钢和中碳合金钢，如 4 50、 4OMnB、4OCr、 45Cr、 42SIMn、 35SIMn2MoV、 38MnMoAI 等；要求高的齿轮可选取ZOMnZB、 18CrMnTi、 3OCrMnTi、 20Cr 等低碳合金钢；对于低速轻载的开式传动可选取 ZG4O、 ZG45 等铸钢材料或灰口铸铁。 由于少齿数齿轮啮合频繁，其耐磨性和耐疲劳性能要求较高，可选用 40Cr、轴承钢 GCrlSSiMn 和弹簧钢 65Mn等合金钢材料。 这类材料经调质和表面淬火处理后，有较高的综合力学性能。 通过调质和表面淬火处理后，使它们具有更高耐磨性和耐疲劳性能。 但是，以上材料机械加工后均需进行淬火热处理再磨齿的加工工艺。 由于少齿数齿轮不能用磨齿机磨削，现有的硬齿面生产工艺不能用于少齿数齿轮的加工。 为了检验少齿数齿轮传递的性能，对于高转速 !重载荷等条件下工作的少齿数齿轮，可选用 20CrMnTi、 20MnZB、 20Cr 等低碳含金钢或 38CrMoAI氮化钢，该 类型的材料机械加工后不需要磨削，只需氮化热处理即可获得硬齿面，而且热处理后具有很高的表面硬度、抗冲击韧性和心部强度，齿轮变形也很小。 本文在实验加工时选择的齿轮材料为 38CrMOAI 氮化钢，可滚出 7— 8 级齿轮，能满足一般精度传动的要求。 少齿数齿轮毛坯加工工艺 少齿数齿轮传动追求的目标主要是减速器体积的最小化，少齿数齿轮齿数较小，因此，设计的齿轮整体尺寸都比较小，为了使齿轮传动结构更加紧凑和可靠，提高传动系统整体刚性，通常都采用齿轮轴的结构形式，因此，其加工工艺可以参考齿轮。