河 南 科 技 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 題目 內(nèi)齒輪銑齒機(jī)銑削動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)姓 名 院 系 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 內(nèi)齒輪銑齒機(jī)銑削動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)摘 要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容是內(nèi)齒輪銑齒機(jī)銑削動(dòng)力頭，通過安裝在改進(jìn)的數(shù)控磨削機(jī)床上，用來加工一定系列的直齒內(nèi)齒輪。動(dòng)力頭采用成型銑刀來加工不同齒廓的齒面，通過數(shù)控回轉(zhuǎn)臺以及數(shù)控上下滑臺實(shí)現(xiàn)全齒的銑削，當(dāng)回轉(zhuǎn)一周即完成一內(nèi)齒輪的銑削工作。 主要完成任務(wù)如下： （1） 查閱資料了解銑齒機(jī)的結(jié)構(gòu)及內(nèi)齒輪的加工方法等；（2） 查閱資料確定動(dòng)力頭裝置的構(gòu)成； （3） 初步確定傳動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)原件及動(dòng)力頭的基本尺寸；（4） 計(jì)算并驗(yàn)證所選用的零件符合要求；（5） 利用 CAD 繪制出銑削動(dòng)力頭整體裝配圖、銑削動(dòng)力頭殼體零件圖、銑刀安裝、調(diào)整結(jié)構(gòu)圖、上蓋零件圖從動(dòng)主軸、齒輪軸零件圖等； 關(guān)鍵詞：銑削動(dòng)力頭，螺旋錐齒輪，內(nèi)齒輪，銑齒機(jī)INNER GEAR CUTTER MILLING POWER HEADABSTRACTThis topic development inner gear cutter milling power head through installs on the improvement numerical control milling machine bed, uses for certain series the straight tooth annular gear. The powe head uses the double headed disccutter to process the different tooth profile the tooth face, the sliding table realizes the entire tooth milling through about the numerical control rotary abutment as well as the numerical control, when rotates a week namely to complete an milling annular gear. Main research content as follows:（1）Access to information about gear milling machine structure and internal gear processing method （2）Access to information to determine the power head device （3）Preliminary determination of transmission system, transmission and the original power head basic size. （4）Calculation and verification of the selected components to meet the requirements（5）Using CAD to draw out the milling power head assembly drawing, the milling power head part drawings, milling cutters, adjust structure, upper cover parts of the driven spindle, gear shaft parts diagramKEY WORDS：Milling power head, spiral bevel gear, annular gear, numerical control milling machine bed目 錄前 言 .1第 1 章 機(jī)械傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) 4§1.1 擬訂傳動(dòng)方案 4§1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 5§1.2.1 概述 5§1.2.2 本課題電動(dòng)機(jī)選型 6第 2 章 動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì) 9§2.1 動(dòng)力頭的總體結(jié)構(gòu) 9§2.1.1 箱體 .9§2.1.2 錐齒輪設(shè)計(jì) .9§2.1.3 斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 .14§2.2 動(dòng)力頭的其他零件 .18§2.2.1 聯(lián)軸器 18§2.2.2 軸承 20§2.2.3 軸承蓋 29§2.2.4 齒輪軸 30§2.2.5 軸的計(jì)算 32§2.2.6 鍵的計(jì)算 38§2.3 動(dòng)力頭裝配圖設(shè)計(jì)的概述 .39總 結(jié) .40參 考 文 獻(xiàn) .41致 謝 42翻譯部分 43IRON AND STEEL CASTINGS 43鋼鐵鑄造 .490前 言齒輪加工機(jī)床 齒輪加工機(jī)床是加工各種圓柱齒輪、錐齒輪和其他帶齒零件齒部的機(jī)床。齒輪加工機(jī)床的品種規(guī)格繁多，有加工幾毫米直徑齒輪的小型機(jī)床，加工十幾米直徑齒輪的大型機(jī)床，還有大量生產(chǎn)用的高效機(jī)床和加工精密齒輪的高精度機(jī)床。 齒輪加工機(jī)床廣泛應(yīng)用在汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床、工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、石油、儀表、飛機(jī)和航天器等各種機(jī)械制造業(yè)中。 古代的齒輪是用手工修銼成形的。1540 年，意大利的托里亞諾在制造鐘表時(shí)，制成一臺使用旋轉(zhuǎn)銼刀的切齒裝置；1783 年，法國的勒內(nèi)制成了使用銑刀的齒輪加工機(jī)床，并有切削齒條和內(nèi)齒輪的附件；1820 年前后，英國的懷特制造出第一臺既能加工圓柱齒輪又能加工圓錐齒輪的機(jī)床。具有這一性能的機(jī)床到 19 世紀(jì)后半葉又有發(fā)展。 1835 年，英國的惠特沃思獲得蝸輪滾齒機(jī)的專利；1858 年，席勒取得圓柱齒輪滾齒機(jī)的專利；以后經(jīng)多次改進(jìn)，至 1897 年德國的普福特制成帶差動(dòng)機(jī)構(gòu)的滾齒機(jī)，才圓滿解決了加工斜齒輪的問題。在制成齒輪形插齒刀后，美國的費(fèi)洛斯于 1897 年制成了插齒機(jī)。 二十世紀(jì)初，由于汽車工業(yè)的需要，各種磨齒機(jī)相繼問世。1930 年左右在美國制成剃齒機(jī)；1956 年制成珩齒機(jī)。60 年代以后，現(xiàn)代技術(shù)在一些先進(jìn)的圓柱齒輪加工機(jī)床上獲得應(yīng)用，比如在大型機(jī)床上采用數(shù)字顯示指示移動(dòng)量和切齒深度；在滾齒機(jī)、插齒機(jī)和磨齒機(jī)上采用電子伺服系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)代替機(jī)械傳動(dòng)鏈和交換齒輪；用設(shè)有故障診斷功能的可編程序控制器，控制工作循環(huán)和變換切削參數(shù)；發(fā)展了數(shù)字控制非圓齒輪插齒機(jī)和適應(yīng)控制滾齒機(jī)；在滾齒機(jī)上用電子傳感器檢測傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)誤差，并自動(dòng)反饋補(bǔ)償誤差等。 1884 年，美國的比爾格拉姆發(fā)明了采用單刨刀按展成法加工的直齒錐齒輪刨齒機(jī)；1900 年，美國的比爾設(shè)計(jì)了雙刀盤銑削直齒錐齒輪的機(jī)床。 由于汽車工業(yè)的需要，1905 年在美國制造出帶有兩把刨刀的直齒錐齒輪刨齒機(jī),又于 1913 年制成弧齒錐齒輪銑齒機(jī)；1923 年，出現(xiàn)了準(zhǔn)漸開線齒錐齒輪銑齒1機(jī)；30 年代研制成能把直齒錐齒輪一次拉削成形的拉齒機(jī)，主要用于汽車差動(dòng)齒輪的制造。40 年代，為適應(yīng)航空工業(yè)的需要，發(fā)展了弧齒錐齒輪磨齒機(jī)。1944 年，瑞士厄利康公司制成延長外擺線齒錐齒輪銑齒機(jī)；從 50 年代起，又發(fā)展了用雙刀體組合式端面銑刀盤，加工延長外擺線齒錐齒輪的銑齒機(jī)。齒輪加工機(jī)床主要分為圓柱齒輪加工機(jī)床和錐齒輪加工機(jī)床兩大類。圓柱齒輪加工機(jī)床主要用于加工各種圓柱齒輪、齒條、蝸輪。常用的有滾齒機(jī)，插齒機(jī)、銑齒機(jī)、剃齒機(jī)等。 內(nèi)齒輪的加工伴隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展, 各大汽車公司同時(shí)也加快了零部件的國產(chǎn)化速度; 以行星輪系為主要減速裝置的自動(dòng)液力變速器市場需求量巨大; 建材、礦山、冶金、能源及起重工程的崛起, 帶動(dòng)了對大功率 (小體積 ) 行星齒輪減速器的需求。內(nèi)齒輪通常是大齒輪，與之相嚙合的外齒輪是小齒輪。目前國內(nèi)加工內(nèi)齒輪普遍采用插齒, 雖然加工精度較高, 但加工效率低。數(shù)控插齒機(jī)加工效率高, 但設(shè)備價(jià)格也高, 加工成本高。鑒于內(nèi)齒輪熱處理前精度要求不高, 如果能夠開發(fā)出加工效率很高的數(shù)控銑齒機(jī), 其應(yīng)用前景是十分明顯的。銑齒相對于插齒進(jìn)給量大, 無空切削行程, 主軸的銑削速度較高, 可以真正做到高速高效加工; 使用成形銑刀能夠一次銑削到位, 在批量生產(chǎn)中操作簡單, 使用方便; 銑出的齒輪誤差減小, 與其他加工方法相比大大降低生產(chǎn)成本。銑刀盤的種類銑刀盤可分為左旋刀盤和右旋刀盤，這兩者又可分為單面刀盤和雙面刀盤。單面刀分為單面外切刀盤（用于精切小輪凹面）和單面內(nèi)切刀盤（用于精切小齒輪凸面） 。雙面刀盤分為粗銑切雙面刀盤（用于粗銑大、小輪）和精切雙面刀盤（用于精切大小輪） 。本設(shè)計(jì)采用的是成型銑刀。動(dòng)力頭的銑削原理內(nèi)齒輪的齒形精度主要取決于成型銑刀的形狀精度。數(shù)控內(nèi)齒輪銑齒機(jī)有電氣控制部分和機(jī)械裝置部分。機(jī)械裝置由銑削動(dòng)力頭、平行于齒輪軸線運(yùn)動(dòng)的數(shù)控滑臺、數(shù)控分度盤及垂直于齒輪回轉(zhuǎn)軸線的工作臺(帶有液壓夾具)和機(jī)械式移動(dòng)滑臺組成。銑削頭安裝在滑臺上,由三速交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),通過準(zhǔn)雙曲面齒輪使銑刀平行齒輪軸線高速回轉(zhuǎn)(2950r/min),銑刀靠垂直于自身回轉(zhuǎn)軸線的端面成形銑削齒面。此種傳動(dòng)轉(zhuǎn)速高,扭矩大,抗震動(dòng)能力強(qiáng)?；_平行于齒輪軸線運(yùn)2動(dòng), 使整個(gè)齒寬得到銑削。在銑床的工作臺上安裝一數(shù)控分度盤,銑刀盤每銑削齒輪的一個(gè)齒,離開齒面時(shí),分度盤實(shí)時(shí)分度帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)過一齒,直到全部齒銑削完成。分度盤的分度精度足以保證齒距誤差;移動(dòng)滑臺控制齒的銑削高度(即齒槽深度)。銑削不同的齒輪時(shí),只需要更換銑刀和刀柄工裝即可,齒輪裝在分度盤上,由計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)控制分度盤旋轉(zhuǎn),直到銑削完全部齒。對于整個(gè)內(nèi)齒輪銑齒機(jī)來說,機(jī)械部分的核心是銑削動(dòng)力頭,因?yàn)榈额^的大小和強(qiáng)度直接影響到加工各種參數(shù)的內(nèi)齒輪。本課題完成的主要工作 本課題運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪制設(shè)計(jì)圖形，在原有的數(shù)控磨削動(dòng)力頭及機(jī)床的基礎(chǔ)上，加以改進(jìn)設(shè)計(jì)成新型的內(nèi)齒輪銑削動(dòng)力頭。該課題完成的工作有以下幾個(gè)方面： 1、查閱資料了解銑齒機(jī)的結(jié)構(gòu)及內(nèi)齒輪的加工方法等；2、查閱資料確定動(dòng)力頭裝置的構(gòu)成；3、初步確定傳動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)原件及動(dòng)力頭的基本尺寸；4、計(jì)算并驗(yàn)證所選用的零件符合要求；5、繪制出銑削動(dòng)力頭整體裝配圖； 6、繪制銑削動(dòng)力頭殼體零件圖； 7、繪制銑刀安裝、調(diào)整結(jié)構(gòu)圖； 8、繪制上蓋零件圖； 9、繪制從動(dòng)主軸、齒輪軸零件圖； 10、外文翻譯一篇； 11、撰寫設(shè)計(jì)說明書。第 1 章 機(jī)械傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)3§1.1 擬訂傳動(dòng)方案機(jī)器通常由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作機(jī)等三部分組成。傳動(dòng)裝置位于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間，用來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可以改變轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的大小或改變運(yùn)動(dòng)形式，以適應(yīng)工作機(jī)功能要求。傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)對整臺機(jī)器的性能、尺寸、重量和成本都有很大影響，因此應(yīng)當(dāng)合理地?cái)M定傳動(dòng)方案。滿足同一種工作機(jī)的性能要求往往有多種方案：可以通過選用不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)；當(dāng)采用傳動(dòng)型式組成的多級傳動(dòng)時(shí)，亦可有不同的排列順序與布局；還可按不同方法分配各級傳動(dòng)比。合理地選擇傳動(dòng)型式是擬定傳動(dòng)方案時(shí)的重要環(huán)節(jié)。選擇傳動(dòng)結(jié)構(gòu)類型時(shí)應(yīng)綜合考慮個(gè)有關(guān)要求和工作條件，例如工作機(jī)的功能；對尺寸、重量的限制；環(huán)境條件；制造能力；工作壽命與經(jīng)濟(jì)性要求等。選擇類型的基本原則為：（1）傳遞大功率時(shí)，應(yīng)充分考慮提高傳動(dòng)裝置的效率，以減少能耗、降低運(yùn)行費(fèi)用。這時(shí)應(yīng)選用傳動(dòng)效率高的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如齒輪傳動(dòng)。而對小功率傳動(dòng)，在滿足功能條件下，可選用結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的傳動(dòng)型式，以降低初始費(fèi)用（制造費(fèi)用） 。（2）載荷多變和可能發(fā)生過載時(shí)，應(yīng)考慮緩沖吸振及過載保護(hù)問題。如選用帶傳動(dòng)、采用彈性聯(lián)軸器或其他過載保護(hù)裝置。（3）傳動(dòng)比要求嚴(yán)格、尺寸要求緊湊的場合，可選用齒輪傳動(dòng)或蝸桿傳動(dòng)。但應(yīng)注意，蝸桿傳動(dòng)效率低，故長用中小功率、間歇工作的場合。（4）在多粉塵、潮濕、易燃、易爆場合，宜選用鏈傳動(dòng)、閉合齒輪傳動(dòng)或蝸桿傳動(dòng)，而不采用帶傳動(dòng)和摩擦傳動(dòng)。根據(jù)本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容的可以選擇以下幾種傳動(dòng)方案： 與圓柱齒輪相比，圓錐齒輪其制造、裝配都比較復(fù)雜，所以除布置和其它特殊要求外盡量少用，兩圓錐齒輪軸線間夾角一般為 90°，否則箱體加工和安裝調(diào)整都比較困難。 圓錐齒輪傳動(dòng)振動(dòng)和噪聲都比較大，所以應(yīng)用于速度較低的傳動(dòng)中，V≤5m／s，傳動(dòng)比 i＜3，鼓形齒經(jīng)研磨可用于高速傳動(dòng)。蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)，兩軸線間的夾角可為任意值，常用的為 90°。蝸桿傳動(dòng)用于在交錯(cuò)軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。輪齒分布在截錐體上，垂直于輪齒的各剖面，齒廊大小是變化的，與其到錐 4的距離成正比。大端剛度大，小端剛度小，圓錐齒輪沿齒寬的載荷分布不均勻。 根據(jù)要求并進(jìn)一步的擇優(yōu)選擇，考慮其動(dòng)力頭的尺寸不宜太大，因此 a.圓錐齒輪傳動(dòng)方案不理想，若采用單級圓錐齒輪傳動(dòng)，則傳動(dòng)比過大導(dǎo)致大錐齒輪尺寸過大；c.蝸桿傳動(dòng)方案效率過低，并且工作時(shí)間不宜過長，所也不理想。對比 3 種方案，b.圓錐齒輪傳動(dòng)較理想。圖 1-1 總體方案設(shè)計(jì)圖 a.單級圓錐齒輪傳動(dòng) b.圓錐-圓柱齒輪傳動(dòng) c.蝸桿傳動(dòng)§1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇§1.2.1 概述 電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備。在機(jī)械、冶金、石油、煤炭、化學(xué)、航空、交通、農(nóng)業(yè)以及其他各種工業(yè)中，電動(dòng)機(jī)被廣泛地應(yīng)用著。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度不斷提高，需要采用各種各樣的控制電機(jī)作為自動(dòng)化系統(tǒng)的元件，人造衛(wèi)星的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，電機(jī)也是不可缺少的。此外在國防、文教、醫(yī)療及日常生活中(現(xiàn)代化的家電工業(yè)中)電動(dòng)機(jī)也愈來愈廣泛地應(yīng)用起來。 §1.2.2 本課題電動(dòng)機(jī)選型首先根據(jù)工況的要求計(jì)算出動(dòng)力頭工作時(shí)的切削力大小，根據(jù)切削力的大小來選擇相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)型號，根據(jù)《銑工使用技術(shù)手冊》可以查的刀具切削用量線5速度。表 1－1 刀具切削用量（線速度）表工件材料 高速鋼 硬質(zhì)合金＜125HBS 0.3-0.7 1.1-2.5225-325 HBS 0.2-0.6 0.9-2.0鋼325-425 HBS ＜0.1-0.35 0.6-1.25＜190 HBS 0.35-0.6 1.1-2.5190-260 HBS 0.15-0.3 0.75-1.5鑄鐵260-320 HBS 0.075-0.16 0.35-0.5（1）初選銑刀盤材料為硬質(zhì)合金，刀盤直徑定為 240mm，刀具齒數(shù)為 10。根據(jù)上表查得其最大線速度為 2.5m/s，此處選擇 2m/s。（2）由《金屬加工工藝手冊》 ，選擇刀具進(jìn)給量 f=0.12mm/z，背吃刀量17.6mm。（3）根據(jù) v =2m/s 計(jì)算 n 1根據(jù)， （1-1）10dv???(1-2)12=59.24r/min3.4vnd?式中， ——電機(jī)的轉(zhuǎn)速； v——速度； d——距離。（4）計(jì)算切削力大小（1-3）-0.1.0.9e.8f1.pz nza245F????式中，——切削深度； ——每齒進(jìn)給量； —— 切削寬度；paf eaZ——刀具齒數(shù)； ——刀具直徑；n—— 刀具轉(zhuǎn)速； 0d代入數(shù)據(jù)的 N92.24.15906.172.245F 1.0-.-98.1.z ?????（5）計(jì)算電機(jī)的功率6(1-4) 4zw106VFP???代入數(shù)據(jù)的kw59.410629.4zw???傳動(dòng)裝置總效率 (1-5)4321????聯(lián)軸器效率 =0.99，軸承效率 =0.99，錐齒輪效率 =0.96，圓柱齒輪效率2 3?=0.97，則4?（1-6）89.07.96.0934321 ?????電動(dòng)機(jī)額定功率 kw16.58.0Pwd?查表 20-1 [1]得，選擇電動(dòng)機(jī) Y132M2—6，額定功率 5.5kw，滿載轉(zhuǎn)速 960r/min?！?.2.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) （1）計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配各級傳動(dòng)比（1-7）02.64.59niwm??（2）分配各級傳動(dòng)比取錐齒輪傳動(dòng)比 =2.1，則圓柱齒輪傳動(dòng)比 。1i 9.210.6i2?（3）計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)1）各軸轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)軸為 0 軸，高速軸為Ⅰ軸，低速軸為Ⅱ軸，各軸轉(zhuǎn)速為min/r960n?i/r14.57.2i1Ⅰin/r6.9.in2??ⅠⅡ2）軸的輸入功率 7（1-8）kw45.9.05P1ed0?????(1-9）23.632Ⅰ(1-10）07.4?ⅠⅡ3）各軸的轉(zhuǎn)矩(1-11)mN2.5496.0nP95T0 ???（1-12）01.8.73ⅠⅠⅠ（1-13）4.296.59nP50T???ⅡⅡⅡ第 2 章 動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)§2.1 動(dòng)力頭的總體結(jié)構(gòu) 動(dòng)力頭其基本結(jié)構(gòu)均由傳動(dòng)件、軸系部件、箱體及附近等所組成。本章主要完成對各部件的選型與設(shè)計(jì)計(jì)算?！?.1.1 箱體箱體按其結(jié)構(gòu)形狀不同分為剖分式和整體式；按制造方式不同有鑄造箱體和焊接箱體。本課題將采用剖分式結(jié)構(gòu)的鑄造箱體。剖分式箱體由箱座與箱蓋兩部分組成，用螺栓聯(lián)接起來構(gòu)成一個(gè)整體。剖分面與動(dòng)力頭內(nèi)傳動(dòng)件軸心線平面重合，有利于軸系部件的安裝和拆卸。本課題的動(dòng)力頭采用了兩個(gè)剖分面。剖分接合面必須有一定的寬度，并且要求仔細(xì)加工。為了保證箱體的剛度，適當(dāng)?shù)募佑屑訌?qiáng)肋。箱體底座要有一定的寬度和厚度，以保證安裝穩(wěn)定性與剛度。整體式箱8體重量輕、零件少、機(jī)體加工量也少，但軸系裝配比較復(fù)雜。箱體一般多用 HT150、HT200 制造。鑄造具有良好的鑄造性能和切削加工性能，成本低。當(dāng)承受重載時(shí)可采用鑄鋼箱體。鑄造箱體多用于批量生產(chǎn)。對于小批量或單件生產(chǎn)的尺寸較大的減速器可采用焊接式箱體。一般焊接箱體比鑄造箱體輕 1/4~1/2，生產(chǎn)周期短。但用鋼板焊接時(shí)容易產(chǎn)生熱變形，故要求較高的焊接技術(shù)，焊成型后還許進(jìn)行退火處理。§2.1.2 錐齒輪設(shè)計(jì)功率的物理定義是指機(jī)器在單位時(shí)間里所做的功。功的數(shù)量一定，時(shí)間越短，功率值就越大。 功率的計(jì)算公式為：功率＝力＊距離／時(shí)間。力的常用單位是千克（kg） ，距離的單位是米(m)，時(shí)間的單位是秒(s)。所以功率的單位就是（kg.m/s） 。但對于汽車的功率，傳統(tǒng)上人們喜歡用馬力為單位表達(dá)，字母為 PS?，F(xiàn)在廠家在產(chǎn)品說明書中通常也給出千瓦（KW）值。選擇齒輪材料時(shí)，應(yīng)使輪芯具有足夠的強(qiáng)度和韌性，以抵抗輪齒折斷，齒面具有較高的硬度和耐磨性，以抵抗齒面的點(diǎn)蝕、膠合、磨損和塑性變形。另外，還應(yīng)考慮齒輪加工和熱處理的工藝性及經(jīng)濟(jì)性等要求。通常，對于重載、高速或體積、重量受到限制的重要場合，應(yīng)選用較好的材料和熱處理方式，反之，可選用性能較次但較經(jīng)濟(jì)的材料和熱處理工藝。齒輪精度等級應(yīng)根據(jù)齒輪傳動(dòng)的用途、工作條件、傳遞功率和圓周速度的大小及其它技術(shù)要求等來選擇。一般，傳遞功率大，圓周速度高，要求傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低等場合，應(yīng)選用較高的精度等級反之，為了降低制造成本，精度等級可選得低些。選擇精度等級時(shí)可參考表 1-2。表 1-2 齒輪傳動(dòng)精度等級適用的速度范圍齒輪精度等級齒的種類傳動(dòng)種類齒面硬度 HBS 3,4,5 6 7 8 9≤350 ﹥12 ≤18 ≤12 ≤6 ≤4圓柱齒輪 ﹥350 ﹥10 ≤15 ≤10 ≤5 ≤3直齒圓錐齒 ≤350 ﹥7 ≤10 ≤7 ≤4 ≤39輪 ﹥350 ﹥6 ≤9 ≤6 ≤3 ≤2.5≤350 ﹥25 ≤36 ≤25 ≤12 ≤8圓柱齒輪 ﹥350 ﹥20 ≤30 ≤20 ≤9 ≤6≤350 ﹥16 ≤24 ≤16 ≤9 ≤6斜齒及曲齒 圓錐齒輪 ﹥350 ﹥13 ≤19 ≤13 ≤7 ≤61.選擇材料熱處理方式和公差等級1）大齒輪，小齒輪均選用 40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火熱處理，齒面硬度達(dá)到 48—55HRC。選用 8 級精度。壽命 15 年（每年 300 天） ，兩班制。2）選小齒輪齒數(shù) =21，大齒輪齒數(shù) =21×2.1=44.1，取 =44。1z2z2z2.因?yàn)槭怯昌X面閉式傳動(dòng)，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，其設(shè)計(jì)公式為 2-1：(2-1)（1??u5.0-1KTZ92.d2R2HE31 ）（）（ ???） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值。 1）試選載荷系數(shù) =1.5。傳遞轉(zhuǎn)矩 =52.22tk1mN?2）取齒寬系數(shù) = 。R?313)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查的材料的彈性影響系數(shù) = 。EZ219.8MPa4）由機(jī)械設(shè)計(jì)手查的齒輪接觸疲勞強(qiáng)度 。?1 Hlim?0 li5）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(2-2)91 47.30829606???hjLnN(2-3)92 1547.6)取接觸疲勞壽命系數(shù) 。3.0K;92HNHN17）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，有公式的(2-5)??MPa901.0S1limHN1 ????(2-6)233.K2li2(2)計(jì)算101）計(jì)算小錐齒輪的分度圓直徑 ????u5.0-1KTZ92.d2R2HE3t1 ）（）（ ?? 2.130.5-1498 423）（）（ ?=50.34mm (2-7)2）計(jì)算平均分度圓直徑(2-8)m95.413.0-.5.0-1dRtm??）（）（ ?3）計(jì)算圓周速度 v(2-9)s1.2069.4106nm????4） 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)圓周速度取 ；齒間載荷分配系數(shù) ；9.Kv 1KH??F齒向載荷分布系數(shù) ， 為875.2151beHH?????F beH?軸承系數(shù)取 1.25。使用系數(shù) ；故載荷系數(shù)25.A(2-10).87.09.????V5）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所計(jì)算的分度圓直徑= mm (2-8)t3t1Kd.61.52.43?6）計(jì)算模數(shù)mm (2-11)86.210.zm?3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式：(2-12)????Fa21R3 Yu5.0-KT4??SZ??（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）有機(jī)械設(shè)計(jì)手查的小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪MPa6201FE?的彎曲強(qiáng)度極限 ；MPa620FE??2）疲勞壽命系數(shù) ；89.0K85.2FNFN1?，113）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，可得(2-13)??MPa43.76.12085SKFE1NF ????(2-14)1.9.2F2F4)計(jì)算載荷系數(shù) K(2-15)5.287.25.0F??????VA5）查取齒形系數(shù)u=cot =tan ，得 =21.0376 ， =68.9624 。1?21??2??當(dāng)量齒數(shù)(2-16)49.0376.cosZ11V??(2-17)5.12.822?由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查的齒形系數(shù) ； ；70Y1Fa?6.2Fa?應(yīng)力校正系數(shù) ；； 8.ss6）計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。??FSa?(2-18)0129.43.765021FSa???(2-19)??98Y2FSa?小齒輪數(shù)值較大。（2）設(shè)計(jì)計(jì)算 mm??7.2019.2.135.0-14m43 ?????取模數(shù) m=3，則小齒輪的齒數(shù) ，取 =21 則.86dz?1z，取 45。1.42.z2??4.幾何尺寸的計(jì)算12錐距 R= = ；21ud?m27.312.43???齒寬 b= = =24.4，圓整為 25mm；R??分度圓直徑 ； 6321mzd1??；542分度圓錐角 ， ；?09.51??8.2?§2.1.3 斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算1.選擇精度等級、材料及齒數(shù)1）大齒輪，小齒輪均選用 40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火熱處理，齒面硬度達(dá)到 48—55HRC。選用 7 級精度。壽命 15 年（每年 300 天） ，兩班制。2）選小齒輪齒數(shù) =24，大齒輪齒數(shù) =24×2.9=69.6，取 =69。1z2z2z3)選擇螺旋角。初選螺旋角 =14 。??2.因?yàn)槭怯昌X面閉式傳動(dòng)，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，其設(shè)計(jì)公式為：（2-20）??2HEd1t31ZuT2K）（ ??????（1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值。1）試選載荷系數(shù) =1.6。傳遞轉(zhuǎn)矩 =108.01tk1mN?2）由于是硬齒面，取齒寬系數(shù) =0.8。d?3)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查的材料的彈性影響系數(shù) = 。選取區(qū)域系EZ219.8MPa數(shù) 。43.2ZH?4)查表的 ，則 ；85.07.21?????， 63.121?????135）由機(jī)械設(shè)計(jì)手查的齒輪接觸疲勞強(qiáng)度 。?1 Hlim?MPa02 li6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(2-21)91 17.5384.5760????hjLnN(2-22)992 10.7)取接觸疲勞壽命系數(shù) 。5.K;02HNHN18）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，有公式的(2-23)??MPa901.0S1limHN1 ????(2-24)455.K2li2????Pa.107292H1H????(2)計(jì)算1）計(jì)算小齒輪的分度圓直徑 =41.91mm (2-25)?t1d 243 5.1074389.231.6082）（ ??2）計(jì)算圓周速度 v(2-26)sm.1064.9.106nd???3） 計(jì)算齒寬及模數(shù)b= =0.8×41.91=33.53mm (2-27)t1d?mm (2-28)69.124cos9.1zcosm1tnt ????h=2.25 =2.25×1.69=3.80mm (2-29) t8.0.35hb4）計(jì)算縱向重合度1.52tan42.1.tanz18.d ????????145） 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)圓周速度取 ；齒間載荷分配系數(shù) ；05.1Kv? 4.1KH??F齒向載荷分布系數(shù) ， ；使用系數(shù) ；29H?24.1F?? 25A故載荷系數(shù)(2-30)38.95.0.51????VA6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所計(jì)算的分度圓直徑= mm (2-31)t3t1Kd4.71.624.93?7）計(jì)算模數(shù)mm (2-32)93.24cos8.7zcosm1??3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式：(2-33)??Fa21d3YcosKT?????SZ?（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1）有機(jī)械設(shè)計(jì)手查的小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪MPa6201FE??的彎曲強(qiáng)度極限 ；MPa620FE??2）疲勞壽命系數(shù) ；89.0K85.2FNFN1?，3）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，可得(2-34)??MPa43.76.12085SFE1NF ????(2-35)1.9.K2F2F4)計(jì)算載荷系數(shù) K(2-36)28.4.05.F??????VA5）根據(jù)縱向重合度 ，查的螺旋角影響系數(shù) ；52.1?? 0Y?6）查取齒形系數(shù)當(dāng)量齒數(shù)15(2-37）27.614cosZ331V???(2-38）5.9332由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查的齒形系數(shù) ； ；.2Y1Fa?23.Fa應(yīng)力校正系數(shù) ；； 76519ss7）計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。??FSa?(2-39）0198.43.765921FSa???(2-40）??Y2FSa?小齒輪數(shù)值較大。（3）設(shè)計(jì)計(jì)算mm81.09.63.1248.04cos23m2n ?????取模數(shù) =2，則小齒輪的齒數(shù) ，取 =24 則n .318.7mdzn??1z，取 69。8.6249.z2??4.幾何尺寸的計(jì)算1）計(jì)算中心距 8.9514cos262coszan1 ??????）（）（ ?圓整后取 96；2）按圓整后的中心距修正螺旋角???3615.492arcos2mzarcosn1 ??????????????????3）計(jì)算大小齒輪分度圓直徑mn5.4361.coszd1??mn.2.92??164）計(jì)算齒輪寬度m64.395.80db1?????圓整后取 ；4B2，§2.2 動(dòng)力頭的其他零件§2.2.1 聯(lián)軸器 聯(lián)軸器是聯(lián)接兩軸使之一同回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)距的一種部分，只有在機(jī)器停車后用拆卸方法才能把兩軸分離。 聯(lián)軸器的類型 聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造及安裝誤差，承載后的變形以及溫度變化的影響等，會引起兩軸相對位置的變化，往往不能保證嚴(yán)格的對中。如圖 3-1 所示。根據(jù)聯(lián)軸器有無彈性元件、對各種相對位移有無補(bǔ)償能力，即能否在發(fā)生相對位移條件下保持聯(lián)接功能以及聯(lián)軸器的用途等，聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器，撓性聯(lián)軸器和安全聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的主要類型、特點(diǎn)及其在作用，詳見表 3-1。17圖 2-1 軸線的相對位移通過聯(lián)軸器將齒輪軸與電動(dòng)機(jī)軸相聯(lián)接，由于聯(lián)軸器是與高速電機(jī)軸相聯(lián)接，一般應(yīng)選用具有緩沖、吸振作用的彈性聯(lián)軸器，例如彈性柱銷聯(lián)軸器。 彈性柱銷聯(lián)軸器是用于若干非金屬柱銷置于兩半聯(lián)軸器凸緣孔中以實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接的一種聯(lián)軸器。它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、維修方便、允許軸向位移大等特點(diǎn)。柱銷材料為 MC 尼龍。尼龍有定彈性，彈性模量比金屬低得很多，可緩和沖擊。尼龍耐磨性好，摩擦系數(shù)小，有自潤滑作用，但對溫度比較敏感，不宜用于溫度較高場合。柱銷與孔之間為 H9/h9 的間隙配合。 在選用彈性套柱銷聯(lián)軸器時(shí)，應(yīng)對作用在彈性套單位面積上的壓力和柱銷的彎曲強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算公式為（設(shè)載荷均布在 80%的彈性套上） 。（2-41）??''0012.5.8()KTppDdllz???（2-42）??330 012.582blKTldDzz???式中，z—— 柱銷數(shù)目； D 0——柱銷中心所在的圓的直徑； d——柱銷直徑； l′——彈性圈總長度； 18l——柱銷懸臂端長度； [p]——許用壓強(qiáng)；橡膠彈性套的[p]=2MP a（低速下運(yùn)轉(zhuǎn)的可取 4MP a） ；[ ]——柱銷的許用 ; 彎曲應(yīng)力， [ ]=0.4 。彈性柱銷聯(lián)軸器 它是用若干非金屬柱銷置于兩半聯(lián)軸器凸緣孔中以實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器聯(lián)接的一種聯(lián)軸器。他具有結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、允許軸向位移等特點(diǎn)。柱銷材料為 MC尼龍。尼龍句有一定彈性，彈性模量比金屬低得多，可緩沖和沖擊。尼龍耐磨性好，摩擦系數(shù)小，有自潤滑作用，但對溫度比較敏感，不宜用于溫度較高的場合。柱銷與孔之間為 H9/h9 的間隙配合。 彈性柱銷齒式聯(lián)軸器它是用若干非金屬柱銷置于兩半聯(lián)軸器內(nèi)、外環(huán)對合圓孔中以實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器聯(lián)接的一種聯(lián)軸器。具有傳遞轉(zhuǎn)矩大、體積小、重量輕、軸徑范圍大（12mm~850mm） 、結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、不用潤滑、更換柱銷方便等特點(diǎn)。(2-43)??0042KTDzdll????式中， D 0——柱銷中心所在圓的直徑； d、l——柱銷直徑和長度； z——柱銷數(shù)； [τ]尼龍?jiān)S用切應(yīng)力，[τ]﹤11.MPa。根據(jù)選定的電機(jī)軸的大小選擇相應(yīng)的彈性柱銷聯(lián)軸器，其型號：HL3 聯(lián)軸器 38×82GB5014-85。由工作機(jī)工作情況系數(shù)查得 KA=2.3，所以其轉(zhuǎn)矩為Tca=KAT1=2.3×24.07N·m=55.36N·m，從表中可知其許用轉(zhuǎn)矩為 630N·m，所以選用該聯(lián)軸器。 表 2-1 型帶制動(dòng)輪彈性柱銷聯(lián)軸器的主要參數(shù):3HL型號 公稱轉(zhuǎn)矩 )(mNTn?許用轉(zhuǎn)速??)in(rD)(m轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 )(2kg?質(zhì)量 m)(kgHL3 630 5000 160 0.6 619§2.2.2 軸承滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，由專門的軸承工廠成批生產(chǎn)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中只需根據(jù)工條件選用合適的滾動(dòng)軸承類型和型號進(jìn)行組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。滾動(dòng)軸承安裝和維修方便，價(jià)格也比較便宜，故應(yīng)用很光典型的滾動(dòng)軸承由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架組成。內(nèi)圈、外圈分別與軸頸及軸承座孔裝配在一起。多數(shù)情況是內(nèi)圈隨軸回轉(zhuǎn)，外圈不動(dòng)；但也有外圈回轉(zhuǎn)、內(nèi)圈不轉(zhuǎn)或內(nèi)、外圈分別按不同轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)等使用情況。滾動(dòng)體是滾動(dòng)軸承中的核心元件，它使相對運(yùn)動(dòng)表面間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。根據(jù)不同軸承結(jié)構(gòu)的要求，滾動(dòng)體有球、圓柱滾子、圓錐滾子、球面滾子等。滾動(dòng)體的大小和數(shù)量直接影響軸承的承載能力。在球軸承內(nèi)、外圈上都有凹槽滾道，它起著降低接觸應(yīng)力和限制滾動(dòng)體軸向移動(dòng)的作用。保持架使?jié)L動(dòng)體等距離分布并減少滾動(dòng)體間的摩擦和磨損。如果沒有保持架，相鄰滾動(dòng)體將直接接觸，且相對摩擦速度是表速度的兩倍，發(fā)熱和磨損都較大。 滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小，功率消耗少，起動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。滾動(dòng)軸承的內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體用強(qiáng)度高、耐磨性好的鉻錳高碳鋼制造，常用牌號如 GCr15、GCr15SMn 等（G 表示滾動(dòng)軸承綱） ，淬火后硬度應(yīng)不低于61HRC～65HRC，工作表面要求磨削拋光。保持架選用較軟材料制造，常用低碳鋼板沖壓焊接而成。實(shí)體保持架則選用銅合金、鋁合金或工程塑料等材料。根據(jù)載荷的大小選擇軸承類型時(shí)，由于滾子軸承中主要元件間是線接觸，宜于承受較大的載荷，承載后的變形也較小。而球軸承中則主要為點(diǎn)接觸，宜用于承受較輕的或中等的載荷，故在載荷較小時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。根據(jù)載荷的方向選擇軸承類型時(shí)，對于純軸向載荷，一般選用推力軸承。較小的純軸向載荷可選用推力球軸承；較大的純軸向載荷可選用推力滾子軸承。對于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。當(dāng)軸承在承受徑向載荷 Fτ的同時(shí)，還有不大的軸向載荷 Fn 時(shí)，可選用深溝球軸承或接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，20分別承擔(dān)徑向載荷和軸向載荷。本課題由于傳動(dòng)使用錐齒輪，有一定的軸向力，因此選用圓錐滾子軸承作為傳動(dòng)支承元件，由軸的直徑選取響應(yīng)軸承的型號，分別為30206，30207，30208。 1.對 1 軸軸承的壽命進(jìn)行計(jì)算：圖 2-2 軸 1 受力分析圖（1）對軸 1 進(jìn)行受力分析，將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面，如下圖所示。圖 2-3 軸 1 垂直面受力分析圖 2-4 軸 1 水平面受力分析有受力分析可知，21(2-39)N98.2549.41052dTF3m1te ???式中， ——齒輪所受的圓周力。 te(2-45)N59.82016.25costan.cosan1tr ?????式中， ——徑向載荷。eF(2-46)7.3.it98.254it1a??式中， ——軸向載荷。eH 面受力分析得26F84teH2r?N10.8FH2r?（2-47）359.54Hrt1 ???V 面受力分析得（2-48））（ 2682684reaev1r N34.9Fr1v?N75.140-3.9-5.F-re2?（2-49）82.3222r1HrV1r ???（2-49）9.180.4.75F222rr2r ?（2）求兩軸承的計(jì)算軸向力 2a1和對于圓錐滾子軸承，e=1.5tan =1.5?3748tn?Y=0.4cot =0.4cot14.03=1.6 派生軸向力（2-50）N4.1026.8357Y2F1rd??? N87.2536.198Y2Frd???由 ，軸承 2 被壓緊，故ae?d.F1da57.048.39-402-ae2 ??（3）求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷 1P和因?yàn)? e1.82.3571Fra=e.09.8274ra?22查表的 0Y1X?， 6.1Y4.0X22?，因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，取 ，則1p?f=）（ a1r1p1FPf?? N95.38.574.?=）（ 222 ??17.03460??（4）驗(yàn)算軸承壽命 查表的 ， KN8.59C15.12?h29.70619.43860Pn60L313011h ???????????????8.1.2533022h?所選軸承均大于 15000h，故滿足要求。 2.對 2 軸軸承進(jìn)行驗(yàn)算圖 2-5 軸 2 的受力分析（1）對軸 2 進(jìn)行受力分析，將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面，如下圖所示。23圖 2-6 軸 2 垂直面受力分析圖 2-7 軸 2 水平面受力分析有受力分析可知，（2-51）N64.359.491082dTF1te2 ???式中， ——齒輪所受的圓周力。 te（2-52）96.13765.4cos20tancsant2r??式中， ——徑向載荷。re2F(2-53)N24tan.39tane2a ???式中， ——軸向載荷。e2軸向力 65.2F-1ae2aeH 面受力分析得034153Fte1te2Hr ???? 96.23FH1r?N50-64.598.-Hrtt2V 面受力分析得-2103F5613reaereae1vr ?541637.9.497.882.Fr ???N5.1VrN.5-.-2.1.3F-2rvre2v ??09.389.6.5Fr1HrV1r ???24N06.42373950.1.4F22rHrV2r ????（2）求兩軸承的計(jì)算軸向力 2a和對于圓錐滾子軸承，e=1.5tan =1.5?81tanY=0.4cot =0.4cot14.03=1.6 派生軸向力(2-54)N03.946.12308YF1rd??? N08.13246.47Y2Frd???由 ，軸承 1 被壓緊，故aed?2d.5.-08.-Fae1342da?（3）求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷 1P和因?yàn)? e352.09.86F1ra?e4237ra?查表的 0Y1X， 0Y1X22?，因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，取 ，則4.pf=）（ a1r1p1FPf?? N359.384.?=）（ 222 ??8.1067（4）驗(yàn)算軸承壽命 查表的， KN.41Ch86.2398.593104760Pn60L3h ???????????????所選軸承均大于 15000h，故滿足要求。4.對 3 軸軸承進(jìn)行驗(yàn)算25圖 2-8 3 軸受力分析（1）對軸 3 進(jìn)行受力分析，將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面，如下圖所示。圖 2-9 3 軸水平面受力分析圖 2-10 3 軸垂直面受力分析有受力分析可知，