YK3180滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、SW三維、說(shuō)明書(shū)】
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畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
題目名稱(chēng)： YK3180滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
所在學(xué)院：
機(jī)械工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)（班級(jí)）：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)英145
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YK3180滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
總計(jì)：畢業(yè)論文： 44 頁(yè)
表 格： 3 表
插 圖： 10 幅
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摘 要
滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是構(gòu)成滾齒機(jī)的重要組成部分，是對(duì)滾齒加工原理進(jìn)行實(shí)踐的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)。滾齒機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問(wèn)題是構(gòu)建范成傳動(dòng)鏈，該傳動(dòng)鏈的精度從根本上決定了機(jī)床的加工精度。
本文主要完成了YK3180滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。以闡述課題研究的主要內(nèi)容和滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的現(xiàn)狀、未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)開(kāi)始，對(duì)比分析了滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的多種設(shè)計(jì)方案，并且找出了最佳方案，最后對(duì)滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。滾齒機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是將主電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)齒輪副和蝸輪副轉(zhuǎn)化為刀具與工件所形成的嚙合運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要采用機(jī)械傳動(dòng)方式，基本上包含了各種比較典型和常用的機(jī)械傳動(dòng)，如：帶傳動(dòng)、圓柱齒輪傳動(dòng)、斜齒輪傳動(dòng)等。總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用了分離式傳動(dòng)，能夠比較直觀地反映出齒輪滾齒加工的特點(diǎn)。
依靠對(duì)滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改良可以提高滾齒機(jī)的生產(chǎn)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(jī)油等污染。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，使得此種類(lèi)型的滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用范圍更廣泛，更加靈活，并且對(duì)今后的選型設(shè)計(jì)工作有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：滾齒機(jī)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；主傳動(dòng)
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(shè)計(jì)的研究意義及目的 1
1.2 滾齒機(jī)目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) 1
2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 3
2.1 滾齒加工原理選擇 3
2.2 范成運(yùn)動(dòng)分解及各方案選擇 4
2.3 各選擇方案分析 5
2.4 主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖及傳動(dòng)示意圖 7
2.5 計(jì)算滾刀的速度和功率并選擇電動(dòng)機(jī) 8
3 滾齒機(jī)傳動(dòng)部分相關(guān)計(jì)算 11
3.1 機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)分析 11
3.2 主傳動(dòng)鏈的計(jì)算 12
3.3 帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 15
3.4 齒輪材料的選擇和校核 16
3.5 軸的校核 22
4 結(jié) 論 27
參 考 文 獻(xiàn) 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(shè)計(jì)的研究意義及目的
滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是制造滾齒機(jī)的關(guān)鍵組成部分，是對(duì)滾齒加工原理（即范成法齒輪制造）進(jìn)行實(shí)踐的重要機(jī)構(gòu)。滾齒機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是構(gòu)建范成傳動(dòng)鏈，該傳動(dòng)鏈的精度從根本上決定了機(jī)床的加工精度。滾齒機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用的體現(xiàn)，是將主電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)齒輪副和蝸輪副轉(zhuǎn)化為刀具與工件所形成的嚙合運(yùn)動(dòng)。
依靠對(duì)滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)劣，將直接決定了所加工齒輪的效率是否高、結(jié)構(gòu)是否緊湊、工作起來(lái)是否可靠且壽命長(zhǎng)，以及所生產(chǎn)齒輪形成嚙合齒輪副的傳動(dòng)比是否穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改良可以提高滾齒機(jī)的生產(chǎn)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(jī)油等污染。
1.2 滾齒機(jī)目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
滾齒機(jī)的研究可劃分成兩個(gè)階段：機(jī)械式滾齒機(jī)和數(shù)控滾齒機(jī)。前者機(jī)械傳動(dòng)式滾齒機(jī)，其特征為各主軸采用機(jī)械傳動(dòng)形式，包括差動(dòng)、分齒、工件軸、滾刀軸和進(jìn)給等。工作時(shí)，滾刀安裝至滾刀主軸，由主電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪副和蝸輪副驅(qū)動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；刀架可沿立柱導(dǎo)軌垂直移動(dòng)，還可繞水平軸線(xiàn)調(diào)整一個(gè)角度。工件裝在工件軸上，由分度蝸輪副帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，與滾刀的運(yùn)動(dòng)一起構(gòu)成展成運(yùn)動(dòng)。滾切斜齒時(shí)，差動(dòng)機(jī)構(gòu)使工件作相應(yīng)的附加轉(zhuǎn)動(dòng)。工作臺(tái)(或立柱)可沿床身導(dǎo)軌移動(dòng)，以適應(yīng)不同工件直徑和作徑向進(jìn)給。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了1～3軸數(shù)控化的滾齒機(jī)，其中的一部分軸采用伺服電機(jī)數(shù)字化控制，由此便產(chǎn)生了數(shù)控滾齒機(jī)的出現(xiàn)。
滾齒機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的研究可分為機(jī)械滾齒機(jī)和數(shù)控滾齒機(jī)兩個(gè)階段。前一種機(jī)械傳動(dòng)式滾齒機(jī)的特征在于，每個(gè)主軸采用機(jī)械傳動(dòng)方式，包括工件軸、滾刀軸、差動(dòng)、分齒、和進(jìn)給等等。在運(yùn)行過(guò)程中，滾刀安裝在滾刀主軸上，主電機(jī)由齒輪副和蝸輪副驅(qū)動(dòng)形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；刀架可以在立柱導(dǎo)軌進(jìn)行垂直移動(dòng)，也可以通過(guò)水平軸調(diào)整角度。工件安裝在工件軸上并由分度蝸輪副進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該分度蝸桿副隨著滾刀的運(yùn)動(dòng)一起構(gòu)成展成運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滾切斜齒輪時(shí)，差動(dòng)機(jī)構(gòu)使工件進(jìn)行附加的旋轉(zhuǎn)。工作臺(tái)（或立柱）可以沿床軌道移動(dòng)，使其達(dá)到不同的工件直徑和徑向進(jìn)給。后一種數(shù)控傳動(dòng)式滾齒機(jī)，在伴隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了1至3軸數(shù)控滾齒機(jī)。一些軸已由伺服電機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制。這便產(chǎn)生了數(shù)控滾齒機(jī)的出現(xiàn)。
未來(lái)發(fā)展趨勢(shì):
隨著時(shí)代在不斷發(fā)展、生產(chǎn)技術(shù)在不斷創(chuàng)新，生產(chǎn)企業(yè)對(duì)滾齒機(jī)的效率和可靠性的要求日益提高。此外，高質(zhì)量和高度的數(shù)字化是所有生產(chǎn)者的關(guān)鍵考慮因素，因?yàn)槠鋽?shù)字化程度越高，其生產(chǎn)效率越快。而生產(chǎn)效率、可靠性是產(chǎn)品的必備要求，因此滾齒機(jī)的發(fā)展方向會(huì)朝向更快。更精密的方向發(fā)展。同時(shí)，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和環(huán)保理念的引導(dǎo)下，滾齒機(jī)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(jī)技術(shù)所采用使用的材料具有更高的精度，使得滾齒機(jī)的精密度得以提高。同時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)的智能化也不斷升級(jí)，包括數(shù)控系統(tǒng)的各個(gè)方面。再有，通過(guò)“零傳動(dòng)”技術(shù)，即直接驅(qū)動(dòng)，使電機(jī)將動(dòng)力直接供給到滾刀旋轉(zhuǎn)、工件軸回轉(zhuǎn)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)等各個(gè)方面，最為有效的簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)，使?jié)L齒機(jī)的動(dòng)靜剛度得以提高，為其設(shè)計(jì)重構(gòu)及發(fā)展方向提供了更大的空間。
技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)后需要考慮其帶來(lái)的環(huán)境影響，為了達(dá)到生態(tài)平穩(wěn)和生產(chǎn)綠色環(huán)保，采用干式切削，取消使用切削油是未來(lái)滾齒機(jī)發(fā)展的必要趨勢(shì)。干式切削滾齒機(jī)可分為高速干式滾齒機(jī)和低溫冷風(fēng)式滾齒機(jī)兩種。隨著生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)能力的不斷提高，新型的刀具材料，使得高速切削實(shí)現(xiàn)，這位干式切削奠定了基礎(chǔ)。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(shí)沒(méi)有廢棄切削油的使用，生產(chǎn)環(huán)境的質(zhì)量得以改善。也正是基于這樣的優(yōu)勢(shì)，伴隨的人們環(huán)保理念的不斷提高，生產(chǎn)商對(duì)于干式切削技術(shù)的青睞也會(huì)越來(lái)越多。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的滾齒機(jī)生產(chǎn)廠商對(duì)于高速干式的切削技術(shù)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(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
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(pán)形銑刀和指狀銑刀通過(guò)銑床加工銑削齒輪，或者用刨床和插床的成形刀具在其機(jī)床上刨削加工齒輪等。這種成形法的優(yōu)點(diǎn)在于利用普通機(jī)床就可以加工生產(chǎn)，不需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)專(zhuān)用的機(jī)床。根據(jù)齒輪的齒廓為漸開(kāi)線(xiàn)這一標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)不同的廓形來(lái)決定齒輪的基圓直徑，漸開(kāi)線(xiàn)齒廓的形狀不同，那么對(duì)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(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。這也是這種方法的弊端所在。
展成法（即范成法）。在加工過(guò)程中刀具和工件能夠形成像齒輪嚙合那樣的運(yùn)動(dòng)形式，并且可以嚴(yán)格的進(jìn)行嚙合運(yùn)動(dòng)，這樣的加工方法稱(chēng)為展成法。通過(guò)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(kāi)線(xiàn)廓形僅與刀具本身的齒數(shù)相關(guān)，而與被切齒輪的齒數(shù)無(wú)關(guān)。因此，相同模數(shù)不同齒數(shù)的齒輪，只需要通過(guò)一把刀具就可以加工出。
因?yàn)槲覀兯O(shè)計(jì)的是YK3180滾齒機(jī)，所以選擇展成法（即范成法）作為加工原理，從而設(shè)計(jì)出相關(guān)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
圖2.1 范成法加工原理圖
2.2 方案設(shè)計(jì)選擇
圖2.2 范成運(yùn)動(dòng)功能分解圖
圖2.3 主傳動(dòng)方案選擇圖
圖2.4 動(dòng)力裝置方案選擇圖
2.3 方案比較分析
2.3.1 主傳動(dòng)方案分析
表2.1 各主傳動(dòng)方案分析表
傳 動(dòng) 簡(jiǎn) 圖
方 案 特 點(diǎn)
帶傳動(dòng)
穩(wěn)定，柔性好，不剛硬，構(gòu)件工作穩(wěn)定，傳動(dòng)比較平穩(wěn)，多用于動(dòng)力的轉(zhuǎn)化，尤其適用于電機(jī)，能夠滿(mǎn)足較大的軸間距，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)也方便安裝維修成本低。
缺點(diǎn)在于輪廓大，帶有滑動(dòng)，無(wú)法在分度鏈?zhǔn)褂?，軸和軸承的承載力過(guò)大，無(wú)法保證長(zhǎng)期使用。
鏈傳動(dòng)
軸間距范圍廣，傳動(dòng)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(shí)速度不平均，高速運(yùn)動(dòng)時(shí)比帶傳動(dòng)效果差，并且長(zhǎng)期使用需要可以控制鏈條緊張和減震的裝置。
齒輪傳動(dòng)
工作中有噪音，無(wú)過(guò)載保護(hù)，但其承載能力強(qiáng)，傳動(dòng)比精確，工作安全可靠，速度控制范圍大，通過(guò)齒輪副的嚙合運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比基本沒(méi)有丟失，齒輪的壽命也可以提高機(jī)構(gòu)的使用時(shí)長(zhǎng)，不過(guò)安裝時(shí)制造的精度要求高。
蝸輪蝸桿傳動(dòng)
這種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)效率不高，但傳動(dòng)比特別穩(wěn)定、精確，并且在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有噪音的產(chǎn)生，承載能力也較強(qiáng)，帶有自鎖功能，工作安全可靠，同時(shí)無(wú)法避免摩擦損耗大，需要高質(zhì)量的潤(rùn)滑裝置，成本高。
定軸輪系
每個(gè)輪都有依靠的軸線(xiàn)，這些軸線(xiàn)之間無(wú)相對(duì)移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，軸線(xiàn)處于完全固定的狀態(tài)，這樣組成的輪系稱(chēng)為定軸輪系，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)比穩(wěn)定精準(zhǔn)，但成本高，磨損大。
周轉(zhuǎn)輪系
當(dāng)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相對(duì)于機(jī)架位置，有不固定齒輪軸線(xiàn)位置，相對(duì)形成軸的運(yùn)動(dòng)的輪系為周轉(zhuǎn)輪系。周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比范圍特別大，可以實(shí)現(xiàn)速度大的轉(zhuǎn)化。
2.3.2 動(dòng)力裝置方案分析
方案一伺服電動(dòng)機(jī)：速度可控制，無(wú)需換速裝置，動(dòng)力可靠穩(wěn)定，工作壽命長(zhǎng)，成本低。
方案二液壓裝置：優(yōu)點(diǎn)：無(wú)級(jí)變速，調(diào)速范圍大；構(gòu)件的慣性力小，傳動(dòng)效果好；緩沖吸振可以體現(xiàn)，使其能夠自動(dòng)防止過(guò)載。
缺點(diǎn)：容易泄漏液壓油；存在的泄漏問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致其傳動(dòng)比不精準(zhǔn)，不穩(wěn)定；并且裝置的安裝損壞過(guò)程會(huì)混入空氣，是其產(chǎn)生噪音。
方案三氣壓裝置：優(yōu)點(diǎn)：環(huán)保污染小，用空氣做為介質(zhì)，沒(méi)有廢棄物的產(chǎn)生，處理方便。 缺點(diǎn)：工作狀況不穩(wěn)定，傳動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖及傳動(dòng)示意圖
2.4.1 主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
圖2.5 主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
2.4.2 總體傳動(dòng)示意圖
圖2.6 總體傳動(dòng)示意圖
2.4.3 主傳動(dòng)示意圖
圖2.7 主傳動(dòng)示意圖
2.5 伺服電動(dòng)機(jī)的選型設(shè)計(jì)
2.5.1 輸出端滾刀的轉(zhuǎn)速
由已知條件和所設(shè)計(jì)的指標(biāo)：
設(shè)計(jì)的滾齒機(jī)能夠加工模數(shù) mm的鋼，根據(jù)下列公式可以計(jì)算出滾刀的轉(zhuǎn)速需求：
V= （2-1）
在設(shè)計(jì)中，選擇滾刀的切削進(jìn)給量為
在切削過(guò)程中需要去矯正，利用機(jī)械手冊(cè)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(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)速
2.5.2 滾刀輸出的切削功率：
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，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(jìn)給量 模數(shù) mm
切削 滾刀外徑 .
為了滿(mǎn)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(lái)變化的且為正相關(guān)變化。為了P輸出足夠大的功率，我們應(yīng)該盡可能地選擇、中比較大的一個(gè)作為依據(jù)。這樣在工作時(shí)不會(huì)應(yīng)為P過(guò)小，而不能滿(mǎn)足大功率切削的需求，進(jìn)而不會(huì)影響正常的工作。
結(jié)合上述內(nèi)容，進(jìn)行對(duì)比分析：
==0.3034
==0.7623
<,
則==0.7623
P=1.2157KW。
2.5.3 確定電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)：
傳動(dòng)設(shè)計(jì)中總的效率計(jì)算:
η=ηη, （2-3）
查得相關(guān)手冊(cè)，上述公式中：
η代表帶傳動(dòng)的傳動(dòng)效率，η代表齒輪傳動(dòng)（包括軸承損失）的傳動(dòng)效率。
為了是滾齒機(jī)工作有安全可靠的工作性能，選擇η，η
計(jì)算可得：η=0.60304
利于公式計(jì)算電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足的功率要求：：
P= Pη=2.016KW （2-4）
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)滿(mǎn)足的要求：
根據(jù)設(shè)計(jì)所需的滾刀轉(zhuǎn)速n=44~140
將滾刀的轉(zhuǎn)速范圍分級(jí)，使其能夠完整覆蓋的速級(jí)為44，64，84，104，124，140這6個(gè)速級(jí)，由伺服電機(jī)控制，經(jīng)過(guò)主傳動(dòng)箱的傳動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)速度分級(jí)。
根據(jù)傳動(dòng)鏈的計(jì)算公式可得：
= （2-5）
則 = 1/
為實(shí)現(xiàn)最大切削速度要求，所以計(jì)算時(shí)，代入滾刀的最大速級(jí)，即140代入上述公式，由此可得：
=1500
根據(jù)計(jì)算所得的數(shù)據(jù)，伺服電機(jī)需要滿(mǎn)足的額定轉(zhuǎn)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(hào)的伺服電機(jī)。
3 傳動(dòng)分析及計(jì)算
3.1 分析主傳動(dòng)系統(tǒng)
滾齒機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)十分復(fù)雜，它不僅可以加工直齒圓柱齒輪，還可以進(jìn)行斜齒圓柱齒輪的加工。本設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)研究對(duì)象是加工直齒圓柱齒輪的滾齒機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此，在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，我主要設(shè)計(jì)了滾齒機(jī)床的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，即主電動(dòng)機(jī)到滾齒刀的傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)完備的主傳動(dòng)箱，使得電機(jī)可以完成對(duì)滾刀輸出穩(wěn)定傳動(dòng)比和提供足夠動(dòng)力的作用。
圖3.1 總體傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖
依靠對(duì)比傳動(dòng)簡(jiǎn)圖可知，這些傳動(dòng)路線(xiàn)必須相互獨(dú)立，包括其關(guān)聯(lián)的換置機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)主傳動(dòng)鏈的過(guò)程中，需要根據(jù)相關(guān)的兩末端件構(gòu)成的完整路線(xiàn)去逐步分析設(shè)計(jì)出中間傳動(dòng)鏈。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)主要考慮的是主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，于是我從兩末端件電動(dòng)機(jī)和滾刀設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)主要的傳動(dòng)路線(xiàn)。
3.2 主傳動(dòng)鏈的計(jì)算
3.2.1 依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，利用公式求出下列結(jié)果
各軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速為44～140
利用公式： ＝=
經(jīng)過(guò)計(jì)算可得具體滾刀的轉(zhuǎn)速：
由下列扭矩的公式算出：
= · N·m （3-1）
依據(jù)上文電機(jī)的參數(shù)選擇可以確定：
＝9550 N·m (3-2)
與電機(jī)相連結(jié)的軸的轉(zhuǎn)矩：
＝9550＝9550×＝26.53 N·m
查閱相關(guān)資料，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，為了確保工作的可靠性，選定主傳動(dòng)中軸與齒輪軸承的總效率 ＝0.975，配合電機(jī)的帶輪效率 01＝0.9 。
這樣可以有上述公式計(jì)算出各個(gè)軸的扭矩大小：
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(dòng)比換算公式＝= 得：
3.2.2 主傳動(dòng)鏈的計(jì)算
根據(jù)主傳動(dòng)鏈的兩末端件來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算，逐步進(jìn)行中間傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)兩分析。
通過(guò)傳動(dòng)示意圖可知，開(kāi)始從電動(dòng)機(jī)——帶輪傳動(dòng)——一級(jí)齒輪變速——二級(jí)齒輪變速——滾刀。在傳動(dòng)鏈中，后續(xù)把帶輪的設(shè)計(jì)進(jìn)行了計(jì)算，接著是齒輪，然后是軸的校核計(jì)算。
——
運(yùn)動(dòng)方程
1440
換速公式
通過(guò)由伺服電機(jī)提供的不同轉(zhuǎn)速，由滾刀的轉(zhuǎn)速求出 × 構(gòu)成的換速傳動(dòng)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(zhuǎn)速，去設(shè)計(jì)工作所需要的滾到直徑D，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)利用公式： ＝ r/min
通過(guò)下圖的內(nèi)容選擇相應(yīng)的滾刀直徑，能提供滾齒機(jī)的工作有安全可靠的條件。
由圖根據(jù)滾齒機(jī)主軸切削的速度進(jìn)行選擇：
圖3.2 滾刀主軸速度計(jì)算圖
3.3 電機(jī)帶輪設(shè)計(jì)
帶輪的作用是將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速傳動(dòng)給主傳動(dòng)箱，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要依據(jù)電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)來(lái)進(jìn)行，為了使工作的要求符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)過(guò)程中均以電機(jī)的額定工作數(shù)據(jù)作為參考。
額定輸出功率
額定轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)比 i=1.435
3.3.1 計(jì)算功率P
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，查閱可知帶輪的功率換算時(shí)，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(shè)計(jì)的要求，參考機(jī)械設(shè)計(jì)6圖8-10，依據(jù)P，選用A型帶。
3.3.3 計(jì)算帶輪基準(zhǔn)直徑及帶速v
初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑：
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)6表8-6和表8-8取小帶輪的基準(zhǔn)直徑=90mm。
根據(jù)所選數(shù)據(jù)，利用公式，計(jì)算帶速
v===7.07 （3-3）
驗(yàn)算帶速5（F）
3.3.8 計(jì)算得F壓軸力的最小值
（F）=2z（F）=788N
4 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)和校核
我選擇齒輪傳動(dòng)是看重了其效率高、穩(wěn)定性好、工作安全可靠、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，最為重要的是傳動(dòng)比穩(wěn)定。正常情況下，設(shè)計(jì)出的齒輪必須要滿(mǎn)足正常工作的需求，并且壽命也得符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這樣在使用壽命期間齒輪能夠有足夠的相應(yīng)的工作能力，在設(shè)計(jì)過(guò)程中我采用分析齒輪的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要遵循兩大準(zhǔn)則，從齒根和齒面的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度計(jì)算入手，進(jìn)而完成設(shè)計(jì)。
4.1第一對(duì)齒輪設(shè)計(jì)
4.1.1 選擇材料及加工精度
為了滿(mǎn)足正常的工作要求，在選擇材料時(shí)，需要滿(mǎn)足齒芯強(qiáng)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(dòng)受載能力強(qiáng)，可以承受重載。
于是最終采用45鋼，調(diào)質(zhì)處理的材料，加工精度選為7級(jí)。
4.1.2 根據(jù)設(shè)計(jì)工作的能力暫定幾何參數(shù)
為了滿(mǎn)足足夠的工作能力和使用壽命，設(shè)定本滾齒機(jī)可正常工作18000個(gè)小時(shí)，使其能夠滿(mǎn)足主傳動(dòng)的需求我們可以分配傳動(dòng)比給第一對(duì)齒輪，第一對(duì)齒輪的小齒輪齒數(shù)24，大齒輪齒數(shù)82。第二對(duì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)
利用設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算：
(4-1)
（1）公式參數(shù)選擇計(jì)算：
1）初定載荷系數(shù)K.
2）小齒輪可傳轉(zhuǎn)矩的量值：
T2 (4-2)
3）利用機(jī)械設(shè)計(jì)中查表選定齒寬系數(shù)
4）同上可選定材料影響導(dǎo)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(qiáng)度
同理，根據(jù)硬度選擇大齒輪的極限接觸疲勞強(qiáng)度
6）保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的應(yīng)力校驗(yàn)次數(shù)：
j==3.147 (4-3)
=2.15
7）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，查得接觸疲勞壽命系數(shù)，
8）安全應(yīng)力疲勞試算：
這里為了方便計(jì)算同時(shí)設(shè)計(jì)不失精準(zhǔn)，試定失效機(jī)率是1%，安全系數(shù)
(4-4)
（2）過(guò)程計(jì)算結(jié)果：
1）將帶入小齒輪分度圓計(jì)算公式中，求得其直徑
=
=46.054mm (4-5)
2）計(jì)算齒輪速度：
V==3 (4-6)
3）求直徑根據(jù)載荷的大小：
(4-7)
4）由直徑和齒數(shù)求得
(4-8)
（3）為了實(shí)現(xiàn)對(duì)比選擇，依據(jù)齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
利用其強(qiáng)度公式：
(4-9)
1）公式參數(shù)選擇計(jì)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(yīng)力條件時(shí)
令受載荷安全系數(shù)S=1.4
(4-10)
(4-11)
3）根據(jù)計(jì)算所得的安全系數(shù)確定K值：
(4-12)
4）通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得所設(shè)計(jì)齒輪的齒形系數(shù)
5）通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得所設(shè)計(jì)齒輪的校正系數(shù)
6）利用公式分別進(jìn)行分析計(jì)算
(4-13)
，大齒輪的數(shù)值大
（4）完善設(shè)計(jì)計(jì)算
進(jìn)行計(jì)算后的結(jié)果可以看出，前者按接觸強(qiáng)度所得的模數(shù)結(jié)果比后者彎曲強(qiáng)度所得的結(jié)果大，但后者的影響力度更大，對(duì)齒輪設(shè)計(jì)的工作要求有更大的作用，素以盡可能的考慮彎曲疲勞強(qiáng)度所設(shè)計(jì)模數(shù)的結(jié)果，因此我取 m=2mm是模數(shù)結(jié)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(duì)齒輪設(shè)計(jì)
根據(jù)相關(guān)齒面接觸強(qiáng)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(shè)計(jì)準(zhǔn)確，令彈性系數(shù)
5) 分別確認(rèn)小和大齒輪的極限疲勞強(qiáng)度
6）保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的應(yīng)力校驗(yàn)次數(shù)
N=60j=6014301(830010)=2.05910 （4-19）
N=5.15
7) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可以得到，按齒輪表面接觸設(shè)計(jì)的壽命系數(shù)
=0.92，=0.95
8） 根據(jù)機(jī)械手冊(cè)，利用相關(guān)公式，求得安全應(yīng)力可用范圍
這里為了方便計(jì)算同時(shí)設(shè)計(jì)不失精準(zhǔn)，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(jié)果
1）利于上面選擇的公式，取的較小值，代入設(shè)計(jì)公式中計(jì)算小齒輪
=2.32mm
=60.521mm （4-22）
2）求齒輪轉(zhuǎn)速V
（4-23）
3）為了確保所設(shè)計(jì)齒輪的可靠性，加入校核過(guò)程，利用實(shí)際載荷調(diào)整
（4-24）
4） 依據(jù)所得分度圓直徑求其模數(shù)
（3）為了實(shí)現(xiàn)對(duì)比選擇，根據(jù)齒根的彎曲強(qiáng)度再次設(shè)計(jì)
所依據(jù)的設(shè)計(jì)公式
（4-25）
1）明確選擇參數(shù)大小
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，分別確認(rèn)小和大齒輪的極限疲勞強(qiáng)度
同時(shí)，查得彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.85， =0.88
2）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)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(shè)計(jì)齒輪的模數(shù)和齒數(shù)查手冊(cè)可得其齒形系數(shù)
5）據(jù)所設(shè)計(jì)齒輪的模數(shù)和齒數(shù)查手冊(cè)可得其應(yīng)力校正系數(shù)
6）通過(guò)上式各參數(shù)的確認(rèn)，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(jìn)行計(jì)算后的結(jié)果可以看出，前者按接觸強(qiáng)度所得的模數(shù)結(jié)果比后者彎曲強(qiáng)度所得的結(jié)果大，但后者的影響力度更大，對(duì)齒輪設(shè)計(jì)的工作要求有更大的作用，素以盡可能的考慮彎曲疲勞強(qiáng)度所設(shè)計(jì)模數(shù)的結(jié)果，因此我取 m=2mm是模數(shù)結(jié)果與二者較相符合。
（5）尺寸計(jì)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(jìn)行軸的強(qiáng)度校核
5.1強(qiáng)度計(jì)算過(guò)程
5.1.1根據(jù)彎扭的情況計(jì)算強(qiáng)度
因?yàn)? （5-1）
（5-2）
（5-3）
參數(shù)說(shuō)明：---軸上齒輪承載的轉(zhuǎn)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(jì)算所得的收載強(qiáng)度
根據(jù)力矩示意圖，受彎矩最大的地方是最危險(xiǎn)處。
依據(jù)第三強(qiáng)度理論， （5-7）
通常彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力為變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力常常不是對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)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(jì)算應(yīng)力為：
而輸出軸所受的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈沖循環(huán)變應(yīng)力，取=0.5
（5-8）
各參數(shù)：——軸上彎扭應(yīng)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(yīng)力在受循環(huán)的對(duì)稱(chēng)應(yīng)力時(shí)
查閱資料可得材料45鋼的許用彎曲應(yīng)55
5.2 校核軸的疲勞強(qiáng)度
疲勞強(qiáng)度的校核是為了檢軸的安全性。
查閱相關(guān)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(yīng)力： =1.3478 Mpa
查表文獻(xiàn)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(zhuǎn)剪切應(yīng)力系數(shù)：
加上軸的表面質(zhì)量系數(shù)：0.87 =1
同時(shí)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(qiáng)度在安全范圍之內(nèi)。
5.3 依據(jù)靜強(qiáng)度進(jìn)行安全校核
校核軸受到靜強(qiáng)度所產(chǎn)生的塑形變形的強(qiáng)弱是我們對(duì)軸進(jìn)行安全校核的一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)樵谡９ぷ髦?，軸受到的瞬時(shí)承載力以及對(duì)稱(chēng)性是不相同的，我們只能通過(guò)靜強(qiáng)度的校核去判斷軸的安全系數(shù)是否達(dá)標(biāo)。靜強(qiáng)度校核的關(guān)鍵影響因素的是軸受到的最大瞬時(shí)載荷。
滿(mǎn)足靜強(qiáng)度校核時(shí)的強(qiáng)度條件：
（5-14）
上式參數(shù)：——校核安全系數(shù)在靜強(qiáng)度的情況下
——得到安全的系數(shù)在屈服情況的強(qiáng)度下；
因?yàn)椋?lèi)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(qiáng)度要求符合標(biāo)準(zhǔn)。
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(zhuǎn)角 （5-19）
參考文獻(xiàn)6可以得到
（5-20）
則有
撓度最大限制 （5-21）
因?yàn)?
，軸的撓度在限制范圍內(nèi)，于是滿(mǎn)足彎曲剛度要求。
5.4.2校核扭轉(zhuǎn)剛度
進(jìn)行校核的要求： （5-22）
已知，計(jì)算扭轉(zhuǎn)角的公式為：
（5-23）
通過(guò)查表得：
則，滿(mǎn)足扭轉(zhuǎn)剛度要求。
4 結(jié) 論
通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，我深刻的認(rèn)識(shí)到我所設(shè)計(jì)的這個(gè)題目是多么的重要，齒輪是機(jī)械工業(yè)中最為常見(jiàn)也是最為基礎(chǔ)的零件，設(shè)計(jì)好的滾齒機(jī)首要一點(diǎn)是能夠加工出高精度高品質(zhì)的齒輪，而滾齒機(jī)的傳動(dòng)部分對(duì)于所生產(chǎn)齒輪的精度影響恰恰是最為重要的一個(gè)因素，好的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于生產(chǎn)效益也是有非常重要的作用，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)秀對(duì)于提高生產(chǎn)效率、減少生產(chǎn)污染、降低生產(chǎn)噪音都是有巨大的幫助的。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行改良和優(yōu)化，豐富了滾齒機(jī)的選擇內(nèi)容，為今后的選型工作提供了一些參考價(jià)值。我所設(shè)計(jì)的題目是YK3180滾齒機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)到這里，終于要接近尾聲了，對(duì)于這個(gè)題目，我認(rèn)為是這個(gè)題目能夠充分實(shí)踐并檢驗(yàn)四年機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)過(guò)程的中所學(xué)到的知識(shí)。以題目入手，開(kāi)始查找大量文獻(xiàn)，并且看了許多滾齒機(jī)工作的視頻與原理，對(duì)滾齒機(jī)的加工原理及制造過(guò)程有了最基本的認(rèn)識(shí)，非常感慨前人的智慧，十分佩服前人能夠探索這樣的知識(shí)，進(jìn)入了設(shè)計(jì)階段，大量的計(jì)算讓我充分認(rèn)識(shí)到知識(shí)的重要性以及做一門(mén)學(xué)問(wèn)是多么不容易。
通過(guò)此次設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)到了許多課本中學(xué)不到知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然這期間離不開(kāi)老師的耐心幫助與指導(dǎo)，非常感謝老師幫助我解決了許多目前我所認(rèn)識(shí)不到或者無(wú)法完成的難題。通過(guò)大量的方案選擇與分析，讓我明白設(shè)計(jì)就是鐵杵磨成針的過(guò)程，精益求精這樣的理念在設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)的道路上走的越來(lái)越遠(yuǎn)。
參 考 文 獻(xiàn)
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附錄1：外文翻譯
2010年計(jì)算機(jī)，機(jī)電一體化，控制與電子工程國(guó)際會(huì)議（CMCE）
直驅(qū)齒輪滾齒機(jī)干切削關(guān)鍵技術(shù)研究
劉瑞愛(ài),太原理工大學(xué),中國(guó)太原liurunai@163.com
呂明,太原理工大學(xué),中國(guó)太原lvming@tyut.edu.cn
摘要 - 首先論述了滾齒機(jī)包括數(shù)控，高速，高精度，直驅(qū)，環(huán)保在內(nèi)的各個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)，并介紹了直切滾齒機(jī)干切的設(shè)計(jì)原理，突破了提出了滾齒機(jī)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論。直接驅(qū)動(dòng)滾齒機(jī)采用的內(nèi)置的電機(jī)主軸和DDR轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)，其直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)刀具和工作臺(tái)，并且完全取消高精密齒輪，并在機(jī)器傳輸蝸輪的技術(shù)，從而通過(guò)電源直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作部件。這里詳細(xì)分析研究了直切齒輪滾齒機(jī)干式切削的關(guān)鍵技術(shù)，如總體布置技術(shù)，床身和切屑系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，滾刀軸和工件主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。對(duì)于高速高精度直驅(qū)齒輪箱的研究和開(kāi)發(fā)具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：直接驅(qū)動(dòng);滾齒機(jī);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一 導(dǎo)言
隨著數(shù)控，高速，高精度，直驅(qū)，環(huán)保等滾齒機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)直驅(qū)滾齒機(jī)進(jìn)行了研究。直齒滾齒機(jī)滾刀主軸和工件主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，除去普通數(shù)控滾齒機(jī)的高精度齒輪和蝸輪蝸桿。它們分別由內(nèi)置主軸電機(jī)（用于滾刀主軸的電動(dòng)主軸）和內(nèi)置力矩電機(jī)（用于工件主軸的DDR電機(jī)）驅(qū)動(dòng)。結(jié)構(gòu)的變化可以消除傳動(dòng)裝置造成的誤差，提高滾齒機(jī)的精度。直驅(qū)滾齒機(jī)實(shí)現(xiàn)全數(shù)控，高速度，高精度，干切削，是滾齒機(jī)向全數(shù)控，高速化發(fā)展的結(jié)果。
二 直驅(qū)齒輪滾齒機(jī)總體布局研究
在滾齒機(jī)設(shè)計(jì)中，機(jī)床總體布局直接影響加工工藝的靈活性，精度，靜態(tài)和動(dòng)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(fù)雜程度配置，外觀等。同樣，它也決定了整機(jī)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)能力。并且機(jī)器是否成功，它的生存能力和競(jìng)爭(zhēng)力也取決于其總體布局。
A影響總體布局設(shè)計(jì)的主要因素分析
影響滾齒的因素很多機(jī)器的總體布局，主要因素如同遵循[1]：
1）滾齒機(jī)的動(dòng)態(tài)特性機(jī);
2）滾齒機(jī)的工作方式;
3）每個(gè)組件的運(yùn)動(dòng)分布滾齒機(jī);
4）滾齒機(jī)的傳動(dòng)形式;
5）自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率的滾齒機(jī);
6）工件的尺寸，形狀和重量;
7）它應(yīng)該為減少熱變形和它的影響力;
8）應(yīng)使機(jī)器操作方便調(diào)整，加工裝配工藝和維修方便程度;
9）它應(yīng)該使機(jī)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(jī)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(chǎn)生的原理和每個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)分布，垂直和水平方向也可以分為很多種類(lèi)。
表1特別比較了垂直和水平滾齒機(jī)的機(jī)器可操作性，夾具設(shè)置和對(duì)準(zhǔn)，切屑處理，中心高度機(jī)器等[2]。
C.直接傳動(dòng)滾齒機(jī)總體布局設(shè)計(jì)
垂直滾齒機(jī)的工件主軸是垂直的，有利于大中型齒輪的安裝，夾緊和調(diào)整，所以大部分大中型滾齒機(jī)都是垂直的。臥式工件主軸水平，大部分用于加工長(zhǎng)主軸和小模塊齒輪的滾齒機(jī)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(jī)的比較
1)工件主軸移動(dòng)，因此機(jī)芯的間隙和振動(dòng)可能會(huì)影響工件的加工精度。
2)工件主軸不動(dòng)，滾刀滑塊進(jìn)行軸向和徑向運(yùn)動(dòng)。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(zhuǎn)角度從+ 90°到-90°。
b)滾刀主軸在工件后面:這使得排屑容易，實(shí)現(xiàn)裝卸自動(dòng)化，但滾刀的旋轉(zhuǎn)角度有限，不能達(dá)到±90°的范圍。這種類(lèi)型可以根據(jù)Z軸的布局分為兩個(gè)實(shí)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(diǎn)不足。
通過(guò)對(duì)幾種橫向布局進(jìn)行對(duì)比分析，為了使機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊，加強(qiáng)剛度，提高切削效率，實(shí)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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