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1、项目名称：插齿机床模型设计学生学院：目录摘要11项目概述21.1 项目任务及要求21.2 项目目的及意义21.3 该项目在国内外的现状31.4 项目分工42动力参数及传动线路的拟定42.1 插齿机的工作原理52.2 插齿机传动筏路的拟定52.2.1 捅齿机的工作运动52.2.2 插齿机的传动线路62.3 小组设计传动跖线63主要零部件的计算与选择73.1 电动机的选择73.1.1 选择电动机73.1.2 确定传动装置的总传动比和传动比分配832V带传动的设计计尊101.1.1 价定计算功率101.1.2 选择V带的宿型101.1.3 确定带轮的基准直径并5金算101.1.4 物定V带的中心距和
2、越准长度111.1.5 验完小带轮上的包角111.1.6 计算带的根数111.1.7 主要设计结论123.3 涡轮期杆计算123.3.1 选齐蝌杆传动类型123.3.2 选择材料123.3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计123.3.4 主要设计结论133.4 直齿I织柱齿轮传动的设计计算143.4.1 选择标准百齿Ia柱齿轮的精度等级、材料及历数143.4.2 按齿面接触疲劳强度设计143.4.3 按齿根西曲疲劳强度设计173.4.4 几何尺寸计算203.4.5 主要设计结论203.5 直齿圆椎齿轮传动的设计计算213.5.1 选定齿轮213.5.2 按齿面接触疲劳强度设计213.5.3 按齿
3、根弯曲疲劳强度设计24355主要设计结论2736链条的设计计算271.1.1 参数要求271.1.2 设计计算281.1.3 主要设计站论283.7 滚动轴承293.8 螺奴联接294装配体建模294.1 部分型要零件建模心得294.2 设计日志305总结体会30摘要插齿机，是一种金属切削机床，是使用插齿刀按展成法加工内、外直齿和斜齿圆柱齿轮以及其它齿形件的齿轮加工机床。以插齿刀作为刀具来加工齿轮、齿条等的尚形.这种加工方法称为“插齿”。插齿时,插齿刀作上下往复的切削运动，同时与工件作相对的滚动。插齿机主要用于加工多联齿轮和内齿轮，加附件后还可加工饰条。在插齿机上使用专门刀具还能加工非圆齿轮、
4、不完全齿轮和内外成形表面，如方孔、六角孔、带键轴(键与轴联成一体)等。加工精度可达=7、5级，最大加工工件直径达12米。作为金展板材冲压加工的关键设备，插齿机至今已有近五十年的应用和发展。其主传动系统有曲轴连杆机构、液压油缸机构、曲柄肘杆机构和凸轮式传动机构等。连杆传动机构具有工作平稳、行程可谓、急回速度快等特点。随着插齿机越来越广泛的应用，设计具有良好的运动学、动力学特性的连杆机构，显得越来越全要。插齿传动加工齿轮的优点在生产率方面，切制模数较大的齿轮时，插齿速度要受到插齿刀主轴往复运动惯性和机床刚性的制约；只有在加工小模数、多齿数并且齿宽较窄的齿轮时，插齿的生产率才比滚齿高。在加工质量方面
5、：插齿的齿形精度比滚齿高:插齿后齿面的粗糙度比滚齿细:插齿的齿向误差比滚齿大。所以就加工精度来说，对运动精度要求不高的齿轮，可直接用插齿来进行齿形精加工。应用范用(1)带有台肩的齿轮以及空刀槽很窄的双联或多联齿轮。(2)无空刀槽的人字齿轮(3)内齿轮(4)加工斜齿圆柱齿轮。关鲤词：齿轮，展成法，插齿机，齿轮加工设计，旋转运动1项目概述1.1 项目任务及要求本项目设计基于实验模型进行。插齿机主运动与分齿运动更合在插齿机主轴上，主轴既要完成插齿的主切削运动，乂要完成展成所需要的分齿运动。般插齿机的结构，采用花键传递这两个运动，花键轴向滑动为主切削运动，周向运动为分齿运动。而本实验台采用的是曲柄球头
6、结构，实现插齿机主运动。主运动传动链n,min（电机）一一c,min（插刀）基本工作任务如卜丁1、测绘实验台模型，拟定基F该模型的设计技术指标：2、设计插床的床身底座，安装主电机，实施皮带张紧机构：3、设计主运动传动链，从动皮带轮符动力传递至插齿机主轴和分齿运动分配机构，曲柄球头结构，注意轴承部位工艺结构与制滑结构。：4、设计插齿刀柄机构及其传动械.插齿机构通过曲柄连杆机构驱动.插齿切削部件应具备一定的刚性、传动精度。1.2 项目目的及意义在现阶段的工业生产当中，齿轮是一种非常核心的传动装置，其在整个工业领域当中的应用范用非常广泛，虽然比较常见的转动装置还有链条传动、皮带传动、液压传动等，但是
7、其稳定性、精准度都没有齿轮传动高。此外，齿轮传动所能承载的负荷非常大、使用年限比较长，而且结构非常紧凑和严密，其当前主要应用的领域有：汽车生产：农业机械：矿山设备：风力发电设备:航空航天；军事：机车车辆；工程机械：发电设备等。相对来讲，齿轮制造的比杂度较高，因此在很多时候齿轮生产工艺已经成为衡山：个国家工业发达程度的指标之一。最近几年，我国的汽车行业、航天制造行业等取得了重大发展，汽车产业更是成为国民经济发展的重要支撑，这无疑对齿轮制造工业提出了新的要求。在这种形势下，研究齿轮生产及相关技术就显得意义非凡。在课程设计过程中,学生会接触到机械的控制、驱动、传动等，巩固机械专业基础知识中的机械设计
8、、机械制造、公差等知识：通过完成本课程，加强我们使用CD,So1.idworks等与专业息息相关的二维画图和三维建模软件。加强我们大学生对F机械专业有一个更加深刻的认识，教学实验型齿轮插齿机床的设计是完全有必要的。它聘在学生学习理论知识的同时把真正的实体展现于眼前，让我们通过模型建立来综合运用所学的知识，使我们能把理论与实际相结合。这样不仅可以让我们所学的知识更加牢固，还能够激发我们的创新热情和创新观念，从而更好地为机械发展做出贡献。1.3 该项目在国内外的现状现阶段，我国的插齿机基本上都是使用曲柄滑块机构，前文已经提到，这种传动机构在返空过程中占用的时间过长，影响了整个插齿机床的工作效率，而
9、有少量的插齿机具备急向特性，但是因为种种原因其对返空时间压缩的效果并不明显。这种问题一方面会严重影响插齿机的运作效率，另一方面会大大缩短刀具的使用年限。鉴于此，设计出具备明显急回特性的插齿机是我国工业发展的迫切需求。从诞生至今，我国齿轮生产工艺已经发展了半个世纪之久，近些年来，随着我国工业化进程的不断加快，社会各界对数控机床工艺的重视程度不断加深。生产高性能、高精度的数控机床己经被纳入到我国的科技专项当中,这无疑为数控插齿机床的发展提供了新的机遇。南京的二机囱轮机床有限公司是国家yk5132b型高速数控插伊机床的重要研发商，该机床是一种高规格的数控机床，具备电子螺旋导轨功能，并拥有八轴五联动功
10、能，其工作台可调节性强，数控编程能力也很强。这机床基本上代表了我国机床生产领域当中的最高水准。yk5132b机床工作台是事先固定好的,并通过立柱来实现整个设备的移动，此外，借助双型面的凸轮机构来组成让刀,这种设计极大克服了曲柄滑块机构在实际工作当中存在的缺陷，并借助力矩电机来实现刀具的运动。在力矩电机的作用下，工作台可以很好的实现分齿同步工作，这改善了传统分齿设备当中存在的不足，而分齿工作主要通过数控技术来予以实现的，该型号的机床冲程速度最高可以达到2500次min,网周进给量的区间非常宽泛，并可以实现连续分齿操作，只耍是直径不超过20Omm的各类斜齿轮、圆柱齿轮等都能够运用该机床进行处理。十
11、九世纪末，美国科学家Fe1.1.owes最先开发出插齿机床，经历一百来年的行业发展，国外主要三个企业的数控插齿机床生产厂商分别是：格里森/普法特/胡尔特集团、西格玛/珀尔集团以及卡帕/耐尔斯集团。其中要数格里森/普法特/胡尔特集团最大且实力最强，起家是美国的格里森公司，然后兼并德国的胡尔特公司和普法特公司，提供的产品比较多，包括圆柱齿轮和网锥齿轮等。西格玛/珀尔集团是由洛伦茨、克林贝格、利勃海尔、欧瑞康和霍夫勒这五大独立的公司组成。西格玛/珀尔只负贲侑售，它主要市场在欧洲，值得关注的是它拥有自己的数控系统，可以提供齿轮刀具和圆锥齿轮机床等许多产品。卡帕/耐尔斯集团在二十世纪末由卡帕公司兼并耐尔
12、斯公司组成，它占到全世界齿轮机床市场份额约百分之十。除了以上三大集团，,急大利的桑浦坦斯利公司、日本三菱重工、天津第机床总厂和南京第二机床厂等等都是国内外齿轮机床的重要提供商，这些三大集团外的提供商占世界市场总份额的百分之三十左右。而且这些提供商的产品几乎都是数控插齿机。美国格里森系列插齿机最有代表性，它的最新的ES型插齿机,轮齿加工直彳仝范用从八百亳米到二千八百亳米,机床采用电子螺旋导轨，采用最新的西门子数控控制系统和西门子数字驱动技术，为高效率的运转性能保驾护航。结合最新系列的西门子控制技术和格里森-普法特的对话框程序，为插齿工艺提供新的技术性能与加工能力1.4 项目分工2动力参数及传动线
13、路的拟定2.1 插齿机的工作原理插齿机是按展成法原理来加工齿轮的。描齿刀实质上是一个端面磨有前角，齿顶及齿例均磨有后角的齿轮.插齿时，插齿刀沿工件轴向做直线往熨运动以完成切削主运动，在刀具和工件轮坯作“无间隙的啮合运动”，在工件上加工出全部轮齿齿廊。在加过程中，刀具每往复一次仅切出工件齿槽的很小部分,工件齿槽的齿面曲线是由插齿刀切削刃多次切削的包络线所组成的，如图27所示.图2-1工作晚理图2.2 插齿机传动线路的拟定2.2.1 插齿机的工作运动(1)主运动：插齿刀沿其釉线所做的上卜往史运动称为主运动。以每分钟的往熨次数来表示.刀具垂直向下为切削行程，向上为返回行程。(2)展成运动：插齿时，插
14、齿刀和工件之间必须保持一对齿轮副的啮合运动关系，即插齿刀每转过个齿时，工件也必须转过一个齿。(3)径向切入运动；为了逐渐切至工件的全齿深，插齿刀必须有径向进给运动。径向进给量是用插齿刀每次往纪行程中工件或刀具径向移动的富米数来表示.当达到全齿深时，机床便自动停止径向进给运动，工件和刀具必须对滚一周，才能加工出全部轮齿。（4）圆周进给运动：展成运动只确定插齿刀和工件的相对运动关系，而运动快、微由圆周进给运动来确定。插齿刀每一往且行程在分度圆上所转过的邵长称为圆周进给量，其单位为M/往纪行程。（5）让刀运动：为了避免插齿刀在回程时擦伤已加工表面和减少刀具磨损,刀具和工件之间应让开一段间隔，而在插齿
15、刀重新开始向卜.工作行程时，应立即恢或到原位，以便刀具向下切削工件.这种让开和恢复原位的运动称为让刀运动.一般新型号的插齿机通过刀具主轴座的投动来实现让刀运动，以减小让刀产生的振动。2.2.2 插齿机的传动线路图22传动路纹图主运动传动箧由“电动机V-1.-2-uv-3-4-5-曲柄偏心盘A一插齿刀主轴（往应直线运动）”组成，如图2-2所示，其中换置机构Uv用丁改变插齿刀每分钟往更行程数。主运动传动链决定插齿刀每分钟上下往返次数。2.3 小组设计传动路线图2-3为本小组根据实际情况修改的传动路线XI1.OO1.)m/s=513ms因为5=svunt)34nun由表8-2选带的基准长度1.d=1
16、080mm。按式(8-23)计兑实际中心隹a00+=(300+mm373mm3.2.5 险克小带轮上的包角a1180o-(dd2-dd1.)=180?-(140-70)1691203.2.6 计算带的根敏计算的根V带的额定功率已dn=70mm和n1)=1400rmin,钱袋87得PO=0.3c1.V.根据n=1400rnin,i=2和Z型带，查表8-5得4P0=0.03kW查表8-6得Ka=0.98,查表8-2得K1.=1.07,于是Pr=(P0+P0)KaK1.=(0.3+0.03)X0.98X1.07k1.V=0.35kW计算V带得根数ZZ=今=袅=3.501仅4根Pr0.353.2.7
17、主要设计结论选用Z型普通V带4根，带基准长度1080mm.带轮基准直径d”=70mm.d1.i2=14Omm,中心距控制在35740511ru表3带轮设计带型带根数小带轮直径大带轮直般中心施带加准长度Z带4根70ffnIqOmm30011u1080mm3.3 涡轮蜗杆计算3.3.1 选择蜗杆传动类型选择渐开线蜗杆ZI）3.3.2 选择材料考虑到纲杆传动功率不大，速度也只是中等，故蜗杆用45钢，螺旋齿面要求淬火，硬度是45到55HRC。涡轮用ZQJSn1.OP1,金属模铸造。为了节约货至的有色金属,仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT1.OO制造3.3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计由算式Md之
18、KT?（二伴）2Z21.m（1）确定作用在涡轮上的转矩72按为=2,估算效率=0.80,则,P2,p,1.10.8T2=9.55x106-=9.55IO6-=9.55IO6-11-7-iVmmn2n11.21400/20=120057N-nun(2)确定载荷系数K因为工作披荷较为稳定，故取载荷分布不均系数岫=1：由表15选取使用系数KA=1.I5：由于转速不高，冲击不大,可取动我系数Ky=I.05。则K=KRKAKV=1.21(3)确定涡轮齿数Z2Z2=ZjI12=220=40(4)确定许用接触应力匕自根据涡轮材料为ZCuSn1.OI1.,金属模铸造，筋杆螺旋齿面硬度45HRC.可从表11-7
19、中隹得蜗轮的战本许用应力办=26MPa。应力循环次数N=60n21.=60X700112000=5.04XIO7寿命系数KHN=g：卷=08169则EJ=KHNoH=0.8169268=218MPa(5)计算小2G1.21X120057XD=440.17m1114218/因Zi=2,故从表I1.T中取模数m=4mm.期杆分度例直径由=80mm。3.3.4 主模数m-1.mm,蜗杆分度圆直径由=80mm,蜗杆头数ZI=2,蜗杆齿数z2=403.4 直齿IB柱齿轮传动的设计计算3.4.1 选撵标准直齿B1.柱齿轮的精度等皴、材料及齿效(1)材料及热处理：齿轮材料：软齿面齿轮传动(H8S350)小齿
20、轮：45号钢，调质处理，240HBS大齿轮：45号钢，正火处理，190HBS(2)轴向力指向轴的非伸出端(3)180四100(4)每年300日，每班8小时，工作寿命10年(5)齿宽系数Od=I(6)初选小齿轮齿数Z1.=20.大齿轮齿数Z2=56(7)螺旋角8=14(8)压力角=20(9)一般工作机器,选用7级精度3.4.2 按齿面接触疲劳强度设计(1)由式(10-24)试算小齿轮分度圆直径,即、32KHm1.M+1ZZeZ,Z队，D确定公式中的各参数值试选载荷系数K,”=1.3小齿轮传递的转矩T-T1=9550X-1=9550=7.5N.m计算区域系数z。at=arctanfan1.cos=
21、由的震&=20.562。Gb=arctan(tncosf)=arctan(tan14cos20.562)=13.140=J三=J=三=2434由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPaI/2由式（Io-21）汁号接触极劳强度用由合侬系数Z”11=arccos20COJ20.562c=rcc0s2。，ZXN=31.408a(M2=arccosX242。56CV520562n.=arccos-=24.303S6+21.cosW_Z1.(UmaM-Iana1.十三(1.ana.r-IanaJ211_Z1.(Ian“1-tanq)+z(tanaa1.2-IanaJ211二2。W3。Tan
22、20.562/56W.3。32。.562。)=W2万=。小丑=1X20Xegn14,_588nZ1.呼)+=FF(ITS88)+寝=0,727由式（Io-23）可得端旋角系数为Zp-cosJcos14=0.985心计算接触疲劳许用应力由图1321c杳得小华轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为。小问1=522.5MPa,OHhm2=39OWPa.由式（1015）计算应力循环次数N1.=60n1.i=607001（2830010）=2.016IO9竺=理誓=576X1O82Z35由图10-19查取接触疲劳寿命系数KHN1.=0.92.Kiin2=0.97取失效概率为1%，安全系数S=I,由式（IO-M）
23、得1.1.1.=-三7w=092f225=480.7MPaMz皿产=*=378.3MPa取忖Hh和Iedz中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即oh=ti2=378.3MPa2)试兑小齿轮分度圆直径.du*G%z彳毕尸Vd,Ej)21.37.51043.50+12.51.89.8O.727O.985uV13.50378.3=60.29mm(2)调整小齿轮分度圆直径D计算实际载荷系数前的数据准备“圆周速度U=舒=三2Ws=221ms齿宽b=1.tdu=60.29mn2）计算实际载荷系数除。由表10-2杳得使用系KA=Io根据v=0.99/$、7级精度，由图10-8包得动栽系数K”=1.05
24、,齿轮得圆周力Fc=2T1d1.t=27.510460.29jV=2487.97MKAFtI/b=12487.97/60.29/V/znm=41.26100jVnm.10-3得齿间载荷分配系数KFa=11由表10-4用插值法查得K”=1.20144975.结合b/h=9.159查图10-13,得KFa=1.20“则教荷系数为KF=KAKuKFaKFB=1X1.05X1.1X1.20=1.3863)由式(IoT3),按实际载荷系数算得齿轮模数r11nF=mnt痣=；62x懵E=1.80Inim及相应的小齿轮分度恻直径d】F=端=黑箸mm=37.16mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数和
25、小齿轮分度网直径di”分别大丁由齿根弯曲疲劳强度计算的模数W1.F和小齿轮分度圆直径由一由于齿轮模数的大小主要取决于齿根弯曲疲劳强度，而齿轮直径的大小主要取决于齿面接触疲劳强度，可取由弯曲疲劳强度算得的模数1.801mm并就近网整为标准值m=2mm.按接触疲劳强度兑得得分度圆直径由H=6891mmi堂小齿轮的齿数，即Z1.=d1.1.1.cosmn=68.91cos14o2=35.509IUz1=35,则=74取向=75,3.4.4 几何尺寸计(1)计算中心距=与吗达=笑警=113.37mm符中心距圆整为12011m,2COSp2COS14(2)按例整后的中心距修正螺旋角(z1+z2)mn(3
26、5+75)2=arccos=arccos-=12.302h2a2120(3)计算小、大齿轮的分度圆直径,Zimn35x2.dj=71.64mm1 cosCoSIZ302d2=三=3mm(4)计算齿轮宽度b=ad1=171.64mm=71.64mm取b2=72mm.b1=b+(5-10)mm=72+f5-10)mm=7782mn1.Z80mm3.4.5主要设计结论表4齿轮设计齿轮小齿轮大齿轮模数2HUn2m齿数3575齿宽72三n80un分度圆直径71.64Inm153.51三齿顶高系数11顶隙系数0.250.25优顶而1.5Wn1.5tm达根而I.875mm1.875mn全尚高3.375m3.
27、375m3.5齿BI锥齿轮传动的设计计算3.5.1 选定齿轮（1）选择标准直齿锥齿轮传动，压力角取为20（2）大小齿轮均选择45钢，7级精度（3）选小齿轮齿数为Z1.=20,大齿轮齿数Zz=uz1=3.220=643.5.2 按齿面接触疲劳逑度设计（D由式（10-29）试算小齿轮分度圆直径，即,1、3I4KhC777itT-（Y7r-o,5nuIdrHJ1）确定公式中的各参数值试选载荷系数K,”=1.3选取齿宽系数r=0.3计算重合度系数乙。CZ1.200O1=arctan=arctan=17.35匹=90-51=72.65可得当量齿数CoS1.7.3520=20.95ZH=214.62cos
28、72.6564cosacsinatJcoy20-5n20*2.5由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa”2由式（102D计算接触疲劳强度用负合度系数Zi=arccosz-t+2COSaf64c52,r.rr/Oaa2=arccos-fr-=arccos=24.326,小2或X+21z”(tanW-Iana；)+工式tan心一tana,j211z,(tanv-tanaj+z,.式tan*TanaJ211=2095x(sn30931.in2()+64xaan24326jan2(r)=的211Zt=J1.1.三=0.879由式（10-23）可得螺旋角系数Z.Z=yjcos=cos1
29、4v=0.985H算接触故劳许用应力由图1021c查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为=600MPa.550MP.WHm2=由式(10-15)计兑应力循环次数N1.=60nJ.,=607001(2825015)=2.52XIO9也=三=O72X1O9。3.5由图1019隹取接触疲劳寿命系数KN1=0.88,Kiin2=0.91。取失效概率为1%,安全系数S=I,由式（IOT4）得a1=-三17=当丝2=528MPa卷也迪=丝山=500.5MPa取SHk和中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即tt=ft2=500.5MPa3）试莫小齿轮分度圆直径。）21.3751.03.50+1I=55
30、.83mm3.50151mm500.5（2）调整小齿轮分度圆直径4）计算实际我荷系数前的数据准备,圆周速加=骷=啜篙%/s=2.05,n/s齿宽力WddIe-55.83mm5）计算实际载荷系数K“。由表10-2查得使用系必=1.根据v=2.05m/s、7级精度，由图10-8查得动载系数KP=1.10,齿轮得四周力Fti=2T1d1.t=27.510460.29N=2487.97MKAFtJb=1X2487.9760.29mm=41.26100mm,杳表10-3得齿间载荷分配系数KFa=1.1由表10-4用插值法查得降0=1.214,结合1）分=8.889查图10-13,=1.20, 则栽荷系数为KF=KAKVKFaKFQ=1X1.05X1.1X1.20=1.3865）由式（1013），按实际载荷系数算得齿轮模数Ff=wnt痣=1.762X悟mm=1.801mm及相应的小齿轮分度圆直径dF=w,jfz1=1.80120mm=36.02mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数n和小齿轮分度网直径由H分用
