少齿数齿轮滚齿机传动系统的设计方案

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目录

绪论 .................................................................................................................................................. 1

1.1 ）研究意义 ........................................................................................................................ 1 1.2 ）少齿数齿轮现状分析 .................................................................................................... 1 1.3） 齿轮成形技术的现状 .................................................................................................... 2 1.4） 滚齿机背景简介 ............................................................................................................ 2 1. 滚齿机概述 .................................................................................................................................. 4

1.1 滚齿机工作原理及滚齿机分类 ........................................................................................ 4

1.1.1 滚齿机工作原理 ..................................................................................................... 4 1.1.2 滚齿原理 ................................................................................................................. 5 1.1.3 滚齿机特点 ............................................................................................................. 6 1.1.4滚齿机分类 .............................................................................................................. 6 1.2滚齿机的发展趋势 ............................................................................................................. 7 第二章滚齿机传动系统 ................................................................................................................. 10

2.1滚齿机传动运动 ............................................................................................................... 10 2.2 Y38型滚齿机传动系统 ................................................................................................... 10

2.2.1 Y38型滚齿机的主要技术参数 ............................................................................ 10 2.2.2Y38型滚齿机的传动系统 ..................................................................................... 11

3. 少齿数齿轮加工工艺 ................................................................................................................ 15

3.1少齿数齿轮材料的选择 ................................................................................................... 15 3.2少齿数齿轮毛坯加工工艺 ............................................................................................... 17

3.2.1主要技术要求 ........................................................................................................ 18 3.2.2毛坯加工工艺 ........................................................................................................ 18 3.2.3切削用量和加工余量 ............................................................................................ 19 3.2.4工艺过程的拟定 .................................................................................................... 19

4. 少齿数齿轮滚齿机传动系统的设计方案 ................................................................................ 22

4.1 改造方案一 ...................................................................................................................... 22

4.1.1机械部分的设计 .................................................................................................... 22 4.2改造方案二 ....................................................................................................................... 23 5. Y38差动机构设计 ..................................................................................................................... 25

5.1 总传动比的计算 .............................................................................................................. 25 5.2 传动比的分配 .................................................................................................................. 25 5.3 设计计算 .......................................................................................................................... 26

5.3.1 螺旋伞齿轮的设计

[20] ......................................................................................... 26

5.3.2 运动合成机构设计 ............................................................................................... 28

5.3.3差动蜗轮设计 ........................................................................................................ 28 5.3.4圆柱直齿轮的设计 ................................................................................................ 33

结束语 ............................................................................................................................................ 38 参考文献......................................................................................................................................... 39 致谢 ................................................................................................................................................ 41 附录 A 基本理论依据 ................................................................................................................ 42

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绪论

1.1 ）研究意义

可以在传动比不变的情况下减少齿轮传动的体积与尺寸。也可在不改变齿轮传动体积与外形尺寸时，可得到较大的传动比，或使传动链缩短。研究少齿数齿轮正是解决齿轮加工小型化的突破口，从而使齿轮传动装置的体积减小，质量减轻，结构简化，成本降低。少齿数齿轮的齿数越少，这项研究便越有意义。目前在现有滚齿机上对齿数少于8的齿轮加工比困难，效率比较低，此次设计使我有了对少齿数齿轮加工的理论基础和对滚齿机传动链的设计方法。目前的世界工业形势，不仅使我国滚齿机在数量上急剧增加，而且刺激了滚齿机床向高效及全数控的方向发展，尽可能地减少机床的调整时间，降低工人的劳动强度，少齿数齿轮加工效率低，为此，我们有必要研究专门加工少齿数齿轮的滚齿机，研究新的加工工艺和夹具，突破少齿数齿轮的加工瓶颈。使少齿数齿轮得到较广泛的推广应用，发挥其优势，完善少齿数齿轮的理论基础。因此对本课题的研究是十分有必要和有意义的。

1.2 ）少齿数齿轮现状分析

少齿数齿轮传动主要应用在低功率大转速的场合，如磨铰机、电动自行车，手动葫芦,减速器等机械中应用较多。少齿数渐开线圆柱齿轮减速器是齿轮传动技术上的新进展, 因为减少小齿轮的齿数可显著增大齿轮的传动比; 并可减小减速器的外廓尺寸和重量, 具有一定的技术经济效益。当渐开线圆柱齿轮齿数在2～10之间取值时称为少齿数， 由于齿数的小齿轮与大齿轮组成的齿轮副称为少齿数渐开线圆柱齿轮机构。对于这种机构, 由于小齿轮齿数较少, 首先为避免根

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切, 须采用大变位系数的正变位; 这样又引起齿顶变尖而导致齿顶高缩短。其次由于端面重合度大幅度降低而须采用较大螺旋角和较大齿宽的斜齿轮传动。再次由于齿面相对滑动速度较在也带来新的问题。近代工业愈来愈要求齿轮传动装置既能承受高速重载,又要小型化.动力齿轮传动的齿轮装置发展趋势为:小型化(高承载能力)、高速化、标准化。本次设计就是针对这些问题进行理论和技术研究的基础上对现有的滚齿机进行改造使其可以加工少齿数齿轮。

1.3） 齿轮成形技术的现状

齿轮齿形的演变： 最原始的木制齿轮齿形是直线形。1 8 世纪后，渐开线齿轮逐渐得到广泛应用。2 0世纪初，美国人首先提出圆弧齿形，5 0 年代完成这项研究，6 0 年代被命名为W . N 齿轮。近几十年来，由于航空工业及其他机械工业的不断发展，传统的渐开线齿形逐渐被渐开线修形齿形所取代。近代渐开线齿轮( 包括修形齿) 、摆线齿形、圆弧齿形同时共存，其中渐开线齿形占主导地位，但他们各自有其独到的优越性，不可能被其中任何一种齿形完全取代。

加工工艺的改善： 古代的木制齿轮、铜制齿轮和铸铁齿轮均采用手工生产。1 7 世纪末，已能用成形法切齿形，但铸造工艺还是加工齿轮的主要方法。此后，齿轮金属切削水平的提高，大大推动了齿轮加工技术的发展。近年来，随着高科技的发展和人们对机加工齿轮的强度和承载能力要求的提高，齿轮的精密成形技术便应运而生，其中，锥齿轮的精锻已日趋成熟；直齿轮的镦挤、正挤还有待进一步研究，以期早日投入规模化生产，为人类服务。但少齿数齿轮的加工在国内还很不成熟。

1.4） 滚齿机背景简介

20世纪60年代以后出现的高效滚齿机，主要采用硬质合金滚刀作高速和大进给量滚齿，滚刀主轴常采用液体静压轴承，能自动处理油雾和排屑。这种滚齿机适用于齿轮的大量生产。大型高精度滚齿机主要用来加工对运动平稳性和使用寿命要求很高的齿轮，如汽轮机和船舶推进装置等的大型高精度高速齿轮副。一般是立式和卧式配套发展。这种滚齿机除要求严格制造和精细装配调整外，有些还在滚刀主轴和工作台上设置运动误差检测装置,并自动反馈补偿误差,以提高精

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度。为避免这种滚齿机受内、外热源的影响，应严格控制液压和冷却系统的温度,还必须安装在恒温厂房内的坚固地基上,并设置防振隔离沟。小型滚齿机用于加工仪表齿轮。手表齿轮滚齿机普遍使用硬质合金滚刀加工钟表摆线齿轮，循环节拍快，对机床可靠性要求高，每台机床都配备自动上下料装置进行单机自动加工。此外，尚有多种特殊用途的滚齿机，如加工高精度蜗轮的分度蜗轮滚齿机等。

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1. 滚齿机概述

1.1 滚齿机工作原理及滚齿机分类 1.1.1 滚齿机工作原理

图1-1滚切直齿圆柱齿轮的加工原理图

普通滚齿机加工原理可用图1-1表示。根据展成法加工原理，滚刀转一转，工件必须严格地转K/Z转。其中Z为被加工齿轮的齿数，k为滚刀的头数。从图1.1中可以看出，必须保证B1和B2之间的严格传动比关系，这条传动链简称滚齿的内链。在图中该内链的传动路线为: B1-4-5-ix-6-7- B2 (工件)。而形成直线导线的运动则是滚刀架沿工件轴线方向的垂直进给运动，即:工件-7-8-is- 9-10-刀架升降丝杆-刀架。此外滚刀的旋转及调速由主传动链电机-1-2-iv-3-4-B1，提供。因而要进行加工圆柱齿轮所需传动链至少有三个链，即一个展成运动内链，两个执行简单运动的外链。

数控滚齿机的加工原理如图1-2所示，其内链B1与B2传动比关系仍然遵循展成法加工原理，但其严格的传动比关系不是通过调整机械传动比来实现的，而

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是通过数控系统的 “ 电子齿轮箱”来保证，从而实现滚齿展成运动。“ A”“B1” “B2”运动分别用单独的伺服电机进行控制，由数控系统进行计算控制来实现滚齿展成加工。

图1-2数控滚齿机的加工原理图

1.1.2 滚齿原理

图1-3

滚齿加工是展成法原理来加工齿轮。用滚刀来加工对轮相当于一对交错螺旋轮啮合。这对啮合齿轮传动副中，一个齿轮齿数很少，一个或几个，螺旋角很大就演变成了一个蜗杆，再将蜗杆开槽并铲背，就成为齿轮滚刀。齿轮滚刀螺旋线法向剖面各刀齿面也一根齿条，当滚刀连续转动时就相于一根无限长齿条沿刀具轴向连续移动。，齿轮滚刀按给定切 削速度作旋转运动时，工件则按齿轮齿条啮合关系传动（即当滚刀转一圈，相当于齿条移动一个或几个齿距，齿轮坏也相应转过一个或几个齿距），齿坏上切出齿槽，形成渐开线齿面，如图所示。，滚齿

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轮过程中，分布螺旋线滚刀各刀齿相继切出齿槽中一薄层金属，每个齿槽滚刀旋转中由几个刀齿依次切出，渐开线是展成法 ，成形运动是由滚刀旋转运动和工件旋轻快运动组成复合运动（B11+B12），,这个复合运动称为展成运动。当滚刀与工件连续转动时，便工件整个圆周上依次切出所有齿槽。这一过程中，齿面形成与齿轮分度是同时进行。展成运动也就 是分度运动。

由上所述，到渐开线齿廓和齿数，滚齿时，滚刀和工件之间必须保持严格相对运动关系，即当滚刀转过1时，工件相应转过K/Z（K为滚刀头数，Z为工件齿数。）

1.1.3 滚齿机特点

（1）适用于成批，小批及单件生产圆柱斜齿轮和蜗轮，尚可滚切一定参数范围的花健轴.

（2）调整方便，具有自动停车机构

（3）具有可靠的安全装置以及自动润滑滚齿机(gear hobbing machine)是齿轮加工机床中应用最广泛的一种机床，在滚齿机上可切削直齿、斜齿圆柱齿轮，还可加工蜗轮、链轮等。

1.1.4滚齿机分类

图1-4a立式滚齿机(工作台移动) 图1-4b立式滚齿机(立柱移动)

滚齿机按布局分为立式和卧式两类。大中型滚齿机多为立式（图1-3 a[立式滚齿机(工作台移动)]、图1-3b[立式滚齿机(立柱移动)），小型滚齿机和专用于加工长的轴齿轮的滚齿机皆为卧式（图1-3c [卧式滚齿机]）。立式滚齿机又分为工作

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台移动和立柱移动两种。立式滚齿机工作时，滚刀装在滚刀主轴上，由主电动机驱动作旋转运动，刀架可沿立柱导轧垂直移动，还可绕水平轴线调整一个角度。工件装在工作台上，由分度蜗轮副带动旋转，与滚刀的运动一起构成展成运动(见齿轮加工)。滚切斜齿时,差动机构使工件作相应的附加转动。工作台(或立柱)可沿床身导轧移动,以适应不同工件直径和作径向进给。有的滚齿机的刀架还可沿滚刀轴线方向移动，以便用切向进给法加工蜗轮。大型滚齿机还设有单齿分度机构、指形铣刀刀架和加工人字齿轮的差动换向机构等。

20世纪60年代以后出现的高效滚齿机，主要采用硬质合金滚刀作高速和大进给量滚齿，滚刀主轴常采用液体静压轴承，能自动处理油雾和排屑。这种滚齿机适用于齿轮的大量生产。大型高精度滚齿机主要用来加工对运动平稳性和使用寿命要求很高的齿轮，如汽轮机和船舶推进装置等的大型高精度高速齿轮副。一般是立式和卧式配套发展。这种滚齿机除要求严格制造和精细装配调整外，有些还在滚刀主轴和工作台上设置运动误差检测装置,并自动反馈补偿误差,以提高精度。为避免这种滚齿机受内、外热源的影响，应严格控制液压和冷却系统的温度,还必须安装在恒温厂房内的坚固地基上,并设置防振隔离沟。小型滚齿机用于加工仪表齿轮。手表齿轮滚齿机普遍使用硬质合金滚刀加工钟表摆线齿轮，循环节拍快，对机床可靠性要求高，每台机床都配备自动上下料装置进行单机自动加工。

图1-4c卧式滚齿机

1.2滚齿机的发展趋势

滚齿是国内外应用最广的切齿方法，一些国家滚齿机的拥有量约占所有齿轮机床总量的45％- 50 ％。为适应齿轮加工行业对制造精度、生产效率、提高质

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量及清洁生产的要求，滚齿机及滚齿加工技术出现了以下几个发展趋势：

① 全数控化

所谓的全数控化，指不仅齿轮加工机床的各轴进给运动是数控的，而月．机床的展成运动和差动运动也是数控的，即机床的各运动轴进行CXC 控制及轴间实现联动。

② 零传动技术的应用

“零传动”即直接驱动，由电机直接驱动刀具、回转工作台的回转及直线进给系统，完全取消所有机械传动环节，实现动力源对机床工作部件的直接传动传动链的长度为“零”。此外，零传动方案还可极大地简化机床的机械结构，提高机床的动静刚度，也有利于实现可重构机床的设计和制造。

③ 高速、高精度

滚齿机的高速化，主要是指机床拥有高的刀具主轴转速和高的工作台转速。它们是影响切削效率的主要指标。提高加工精度的途径可分为两大类，一是提高机床本身的精度，二是通过误差补偿来减少加工误差。由于采用了高精度、具有预加负荷的高刚性直线异轨、滚珠丝杠、滚动轴承、电主轴、大扭矩同步力矩伺服电动机，使齿轮加工机床在高速加工的条件下精度得到保证并有所提高。

④ 环保化

众所周知，金属切削中的切削液具有冷却、润滑和排屑等作用，可获得良好的加工质量并提高刀具耐用度和生产率。为此，通常将加工区用保护罩封闭起来，安装上油雾分离器，使排出的只是不含油的雾，而切削油则重新流回机床内循环利用。但这并不能从根木上解决环保问题。因此，不使用切削液的干切削就成为改善生态环境，降低生产成本的有效措施，也是实现清洁化生产的一条重要途径。

⑤ 复合化

齿轮机床（特别是大型齿轮机床）有集多种工艺于一体的趋势。数控高速滚齿机总体布局及尾座部件设计丝控高速滚齿机，能在一次安装中加工不同模数、不同齿数、不同螺旋角及不同螺旋方向的双联齿轮及单分度铣槽，并可配备自动对齿机构、去除齿轮端面毛刺及工件自动上下料装置，在该系列机床上还可进行硬齿面滚齿。

⑥ 网络化

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数控系统的通讯联网功能不断加强。开放式的CNC 系统已成为数控行业不可抵挡的趋势，开放性的CNC 系统可以方便地进入各级通用网络，从而可以柔性地实现DNC 、FMS 、CI MS 和FA （自动化工厂）。

⑦ 智能化

由于计算机技术及数控技术的发展智能技术也逐渐用于高性能数控齿轮机床中，具体表现在：

A.完成加工质量与加工过程智能控制。根据对工件在线检测的结果和实时采集的机床状态，预测工件的加工质量，并及时调整加工过程的工艺参数，以保证机床的加工精度。

B.智能诊断。故障诊断的智能化表现在两方而：一方面是机床会对曾经产生的故障作记录，当下次碰到该故障时，它会首先提示可能的原因；另一方面，现场信息经过压缩，存贮在机床的“黑匣子”中，一旦机床发生的故障超出其自身的诊断能力，就可以通过Internet 从网上专家系统获得支持，进行交互式的远程协同诊断。

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第二章滚齿机传动系统

2.1滚齿机传动运动

滚齿机必须必须具备的传动运动：

1．切削运动（主运动） 即滚刀的旋转运动，其切削速度由变速齿轮的传动比决定。

2．分齿运动 即工件的旋转运动，其运动的速度必须和滚刀的旋转速度保持齿轮与齿条的啮合关系。其运动关系由分齿挂轮的传动比来实现。对于单线滚刀，当滚刀每转一转时，齿坯需转过一个齿的分度角度，即1/z转（z为被加工齿轮的齿数）。

3．垂直进给运动 即滚刀沿工件轴线自上而下的垂直移动，这是保证切出整个齿宽所必须的运动，由进给挂轮的传动比再通过与滚刀架相连接的丝杆螺母来实现。

在滚齿时，必须保持滚刀刀齿的运动方向与被切齿轮的齿向一致，然而由于滚刀刀齿排列在一条螺旋线上，刀齿的方向与滚刀轴线并不垂直。所以，必须把刀架扳转一个角度使之与齿轮的齿向协调。滚切直齿轮时，扳转的角度就是滚刀的螺旋升角。滚切斜齿轮时，还要根据斜齿轮的螺旋方向，以及螺旋角的大小来决定扳转角度的大小及扳转方向。

2.2 Y38型滚齿机传动系统

2.2.1 Y38型滚齿机的主要技术参数

项目 机床加工精度 最大加工模数 大直径 加工圆柱螺旋齿轮最大直径 Y38-1 JB179-83.7级 钢材6模数 铸铁8模数 800毫米 当螺旋角为30度时500毫米，当螺旋角为60度时190毫米 Y38-1G����� JB179-83.7级 钢材6模数 铸铁8模数 毫米 当螺旋角为30度时500毫米，当螺旋角为60度时190毫米 600毫米(铣整齿轮时) 第 10 页 共 43页

加工圆柱正齿轮最后立柱450毫米，无后立柱后立柱450毫米，无后立柱800加工铣削齿厚（铣正250毫米(铣整齿轮时)

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齿轮时） 滚刀主轴转速范围 滚刀主轴转速级数 工作台面直径 工作台孔直径 主轴与工件最小中心距 最大安装刀具直径 电机总容量 主电机容量 47.5-192转/分 7档 660毫米 80毫米 30毫米 120毫米 4.125千瓦 4千瓦 47.5-192转/分 7档 660毫米 80毫米 30毫米 120毫米 4.125千瓦 4千瓦 外形尺寸 (长*宽*高)2280*1100*1910mm 3400公斤 (长*宽*高)2280*1100*2260mm 重量 3600公斤 2.2.2Y38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/Z—滚刀n0（r/min）。其运动方程式为

1430r/minx105/222x32/48XA/Bx23/2323/23x20/20x16/=n0

化简后得i0=A/B=n0/113

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图2-1Y38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i0=A/B 滚刀转速n0（rmin） Y38型滚齿机滚刀转速交换齿轮表

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18/42 22/38 25/35 28/32 32/28 35/25 38/22 比47 79 97 127 155 192

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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z/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：

1x/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 Z≦161 Z≥161 跨轮 e/f=36/36 e/f=24/48 分齿交换齿轮计算式 a1xc1/b1xd1 =24 z0/z 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

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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=Πmnz/sinβ

将i差及Pz带入运动运动方程式，化简后得a3xc3/b3xd3=7.95775x 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

5.刀架垂直方向的快速运动。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=3.78约等与4 式中，f’a为刀架快速垂向移动量。

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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。

3.1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。

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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

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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40、45、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。

3.2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轴的加工工艺来进行。

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3.2.1主要技术要求

要根据设计要求确定齿轮轴的主要技术要求：

尺寸精度：轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用和装配要求通常为IT6—9精密轴颈可达IT5。齿轮直径的尺寸为齿轮齿顶圆直径，精度通常为IT5—6。

几何形状精度:由于齿轮齿面部分的定位基准是齿轮中心线，因此，在加工时应达到较高的同轴度要求，以保证加工出的齿轮有较高的精度。轴颈的几何形状精度(圆度、圆柱度)，一般应在直径公差范围内。对几何形状精度要求较高时，可在零件图上另行规定其允许的公差。

表面粗糙度：根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，齿轮顶圆部分的表面粗糙度可以较大一些，为Ra1.6—6.3um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.63—2.5um，随着机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。

位置精度:主要是指齿轮部分相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动来表示的；根据使用要求，规定高精度轴为0.001—O.O05mm，而一般精度轴为O.001一0.003mm，如果少齿数齿轮不是齿轮轴结构，则还要考虑内外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与，轴心线的垂直度要求。

3.2.2毛坯加工工艺

齿轮轴零件加工的典型工艺路线如下：

毛坯及其热处理—预加工—打顶尖孔—车削外圆各台阶—热处理—磨削轴承轴颈等。对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。

通过对该齿轮轴进行图样分析，其加工可划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各处外圆)。各阶段划分大致以热处理为界。

确定主要表面的加工方法：齿轮轴都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形：粗车一半精车一磨削。

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选择可靠合理的定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面及轴肩面对基准轴线均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴,所以本着基准重合原则选择两端中心孔为基准比较合适，采用上下顶尖装夹方法，可以保证零件的技术要求。

粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆：采用自定心三爪卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车削两端面，钻两中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面,钻中心孔，车出一端外圆；然后用已车过的外圆作基准，车另一端面，钻中心孔。

安排热处理工序：热处理方式需要根据齿轮材料和技术要求确定。对于齿轮轴，用得较多的热处理工艺是正火、调质和表面淬火。该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前进行。 通过上述综合分析，确定齿轮轴的加工工艺路线如下：

下料—粗车两端面和外圆，钻两头中心孔—粗车各外圆和端面—调质热处理—研修中心孔一半精车各外圆一倒角一磨削一检验。

3.2.3切削用量和加工余量

齿轮轴的磨削用量可取0.1mm，磨削余量可留0.5 mm左右，半精车切削用量可取0.5mm，车削余量可留,1.5mm。各工序加工尺寸可由此类推。

切削用量和加工余量的选择，在单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；但在大批量生产中,为了保证生产效率和生产质量，需要制订严格的工艺卡，一般可查《切削用量手册》或《机械加工工艺手册》选取.

3.2.4工艺过程的拟定

定位精基准面和中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔的目的是为了消除中心孔热处理时的变形和产生的氧化皮，磨削之前对中心孔进行修研是为了提高定位精基准面的精度和提高锥面的表面粗糙度精度。拟定传动轴的加工工艺时，要同时考虑主要表面和次要表面的加工。在半精加工Ф13mm、Ф15mm及Ф10mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏己精加工的外

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圆表面。在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。

综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程如下：

图3.1小齿轮轴工艺卡

图3-1小齿轮轴零件图

齿面及热处理工艺过程(接传动轴加工工艺过程):

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【工序V】滚齿滚成齿部,检验固定弦齿高到合格。

【工序Ⅵ】热齿面氮化处理t>0.3mm，硬度>800—850HV，齿心25—40HRC，其余各部保护。

【工序Ⅶ】铣铣削键槽3x3x12。

【工序Ⅷ】线切割切去两端工艺加长部分。 【工序Ⅸ】钳钳修成两端倒角。 【工序Ⅹ】终检。

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4. 少齿数齿轮滚齿机传动系统的设计方案

少齿数齿轮传动减速器， 具有体积小，传动比大等优点，是一种新型减速器， 它的应用日趋广泛。但该减速器的关键部件少齿数齿轮轴的加工却比较困难。目前， 现场用普通滚齿机Y38 进行加工，由于受到工作台蜗轮副所允许的滑移速度的，要加工齿数只有3或4的齿轮， 加工效率非常低。为此，对现有的滚齿机进行改造设计，以提高加工效率，降低工人劳动强度。

4.1 改造方案一 4.1.1机械部分的设计

主要介绍工作台机械传动的设计

众所周知，在Y 38滚齿机上加工齿轮， 为了避免分度蜗轮副的过早磨损， 要求工作台转速不得大于7.5r / m in，即

n工=n刀Z0/Z工≦7.5（r/min）

式中n工—工作台转速；n刀— 滚刀转速； Z0—滚刀头数； Z—被加工齿轮的齿数。

由上式可知,工作台转速与工件齿数和主运动速度有关。当滚刀选用单头，转速取最低为50r/min 时， Z≥ 7，说明Y38 通常能加工的最少齿数为7，要加工少于7 个齿的少齿数齿轮， 只有降低主运动速度， 但影响了加工效率。为此，我们将工作台的旋转运动采用齿轮传动替代原来的蜗轮副传动， 由此提高工作台和滚刀的工作速度且又不涉及摩擦烧伤问题， 加工效率可大大提高。同时为保证加工精度， 采用两点措施: 一是提高传动齿轮的精度。由于被加工齿轮的精度只有8 级， 按机床设计要求此时为6 级精度的齿轮即可，现采用4 级精度的齿轮。二是采用误差补偿的办法来提高加工精度。即预先测出工作台旋转速度的变化曲线与标准速度曲线相比较，将其误差折算到步进电机上的脉冲

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数， 并存放在存贮器中，当加工零件时，则在正常指令脉冲的基础上加上补偿脉冲，从而实现误差补偿， 使低精度分度机构实现高精度分度。

4.2改造方案二

少齿数齿轮为斜齿轮，采用滚齿加工，其加工方法和普通斜齿圆柱齿轮基本相同，在普通滚齿机床上进行少齿数齿轮加工时，由于机床的设计没有把少齿数齿轮加工考虑进去，机床自身传动比比较小；加工少齿数齿轮时，传动链传动比较大，降低了机床传动系统的机械效率，甚至会出现传动系统的锁死现象，使机床不能正常启动而无法工作，这就给加工少齿数齿轮带来了很大的困难。

经过仔细分析发现，当机构的输出速度为零时，该机构的输出功率也为零，显然此时机构的机械效率也为零，这是因为机构的静态摩擦力较大，超过了机床主电机的起动功率，使机构自锁。综上所述，可得出如下结论:在有摩擦的情况下，在速比范围0≤i≤im时，机构的机械效率0≤η≤1当机构的速度由0增加至某一数值i0之前，机械效率η随速比i的增加而增加，然后机械效率月又随速比i的增加而减少。当i=im ，η=0，可以写出η=η (i)及i=i0=>η=η

max

，经过

仔细分析，机床无法启动的原因是由于机床传动链比较长、传动效率太低!、传动比较大、起动电机转速较高，从而使传递链自锁。

要解决自锁问题，可以通过提高机床传动系统效率来解决。齿轮传动效率的组成主要有以下几个方面:齿轮啮合副中的摩擦损失，相应的效率为月ηc轴承中的摩擦损失，相应的效率为月ηz液力损失，即使润滑油飞溅和搅动引起的功率损失，相应的效率为ηy；齿轮传动中的均载机构或输出机构的摩擦损失，相应的效率为月ηq；齿轮传动的总效率η表示为

η=ηcηzηyηq

其中月q值尚无准确计算方法，可通过试验确定。经过分析，由于滚齿机床传动链复杂，传动比较大，传动级数多，计算起来相当复杂和麻烦，而在调整机床时，通过降低传动系统的转动速度可以消除自锁，根据功率表达式P=FV可知，在功率P不变时，降低速度V可以使力F增大。 针对这一问题，需要对机床传动系统进行降速改造。

Y38滚齿机的改造采用电磁调速异步电动机和减速器相结合的加工方案。

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该方案是针对原机床在加工少齿数齿轮时传动效率太低、传动比比较大、机床传动链比较长、启动电动机转速较高、传动链自锁等问题，采用电磁调速异步电动机(型号为JZT322—4，功率为1.5kw)代替功率为机床的主电机。该电磁调速异步电动机，是一种交流恒转矩调速电动机，通过可控硅控制达到均匀无级调速，具有速度负反馈自动调节系统，速度变化率低于3%；无失控区!调速范围广，最大可达10:1；控制功率小，便于自控、群控、遥控；具有启动性能好、启动转矩大、启动平滑、使用维护方便等特点。

调整方案如图所示。进行床调试时，首先拆掉滚齿机的主电动机，安装好简易支架并与机床床身固定，将电磁调速异步电动机安装在支架上，并在电磁调速异步电动机与机床带轮之间加装减速器，通过三角带传动将动力传递到机床带轮。安装好电动机和减速器后，调整机床各传动链配换挂轮，把电磁一调速异步电动机转速调在较低档，检查机床无误后，即可启动，机床主轴和工作台同时启动后，再提高电磁调速异步电动机的转速，机床仍然能正常工作。这种方法的准备比较麻烦和费时，适合加工成批量少齿数齿轮，但机床工作比较稳定，效率也较高。

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5. Y38差动机构设计

由传动系统图可以知道，差动机构是由螺旋伞齿轮（3212382A）、其与轴Ⅴ上的螺旋伞齿轮（Y38-11202）相啮合，两个直伞齿轮（Y38-11014）与直伞齿轮（Y38-11013）及直伞齿轮（Y38-11015）相啮合并通过十字轴连接。此外还有差动蜗轮（Y38-11016），他们共同安装在轴Ⅸ上与安装在轴Ⅹ上的圆柱直齿轮（Y38-11204）一起通过若干个标准件构成了差动机构。

5.1 总传动比的计算

展成运动传动链的运动平衡式如下：

11aceku合 i总bdfz（5-1）

设被加工齿轮为圆柱直齿轮，齿数为Z=45 滚刀头数为K=1 查分度挂轮调整表得：a=24,b=c,d=45,又因为被加工的齿轮是圆柱直齿轮，所以差动机构里的合成机构其传动比为1，即u合1，又因为被加工齿轮的齿数为45，小于160，为了保证由分齿运动与差动装置的辅助回转运动的总和达到工作要求，即k头滚刀回转一转时，齿坯转动

i总24。

ek周，所以取1，把上述已知参数代入公式可得：

fz5.2 传动比的分配

如图2-3所示，展成运动链采用了三级变速。

第一级变速为直齿圆柱齿轮对啮合，取i13,Z160,Z220，（见主传动链 设计）。

1723第二、三级传动为同齿数锥齿轮等速传动，取i2i31。

1723第四级传动为变速锥齿轮传动，取i41.15，查[18]表7.3-14，取齿轮对

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Z大28，Z小24，则i实281.17。 24校核：i误1.171.15100%1.7%

1.15 1.7%10%。 （1）第五级为同齿数的直齿圆柱齿轮等速传动，取i5421。 42第六级为蜗杆蜗轮传动，根据上述已知条件，可以得出：

i6i总241，查[18]表7.2得， 6017232842i1i2i3i4i5842017232442Z28440,所以取Z11,Z284。 Z1i6其运动平衡式如下：

12017232442f1合成机构分度挂轮。 6017232842e845.3 设计计算

5.3.1 螺旋伞齿轮的设计[20]

根据齿轮齿根弯曲疲劳强度的设计： m34KT1YFaYSaR10.5RZ122u12F

（4-2）

式中： m——齿轮模数； K——载荷系数； T1——转矩； YFa——齿形系数；

YSa——应力修正系数； R——齿宽系数；

F——齿轮的弯曲疲劳强度极限。

确定公式中的各参数，取载荷系数 K=1.42，Z1=24，已知滚刀的最低转数

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为47.5r/min。 则：

6028166.3r/min 20243 T19.551061.72105Nmm

166.328 u1.17

2428 arctg40.6

2424当量齿数：Zv31.6。

cos40.6 n=47.5齿形系数及应力修正系数：查[20]P120表6.4取YFa2.52,YSa1.625 齿轮的弯曲疲劳强度极限：查[20] P111图6.9取

Flim1240MPa,Flim2220MPa

齿轮的弯曲疲劳寿命系数，查[20] P109图6.7取KFN10.88,KFN20.90 查[20]取定弯曲疲劳安全系数SF1.4,应力修正系数YST2.0，所以代入各个参数得： [F1]=KFN1YSTFlim1SF301.71MPa

[F2]=KFN2YSTFlim2SF282.86MPa

把各参数代入公式（4-2）可求得结果m4.06,按照标准取m=4.5。则已知m=4.5，Z=24，与齿数为28的螺旋伞齿轮（Y38-11202）相啮合，下面我们来计算该螺旋伞齿轮的有关参数尺寸。

1取齿宽系数： R

3分度圆直径： d1mZ14.524108mm d2mZ24.528126mm

(282)124=82.9mm 2锥 距： R=(d12d)(2)2=108221齿宽中点直径： dm1d1(10.5R)=108（1-0.5）=90mm

3

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dm2105mm

1齿宽中点模数： m1,2m(10.5R)4.5(10.5)3.75mm

3齿顶圆直径： da1d12ha1114.48mm da2d22ha2130.40mm

5.3.2 运动合成机构设计

设计的Y38型滚齿机的合成机构是具有两个自由度的圆锥齿轮行星机构。利用运动合成机构，在滚切斜齿圆柱齿轮时，将展运动传动链中工作台的旋转运动和附加运动传动链中工作台的附加旋转运动合成为一个运动后传送到工作台；而在滚切直齿圆柱齿轮时，则断开附加运动传动链，同时把运动合成机构调整为一个如同“联轴器”的机构。Y38型滚齿机所用的合成机构是由模数m=4mm，齿数Z=21，螺旋角0的两个相同直伞齿轮和同模数同齿数两个直伞齿轮组成。则我们来计算该合成机构的有关参数和尺寸：

分度圆直径：d1mz42184mmd2d3d4 齿数比： uZ2d2ctg1tg2 Z1d1所以： 1245

d12d22u2159.39mm 锥 距：R=()()d12221，齿宽b=59.39mm 3齿宽中点分度圆直径：

取齿宽系数R dm1dm2d1bsin18420sin4567.15mm

*1)m4.08mm 齿顶高： ha1ha2ha3ha4(ha齿全高： h1h2h3h42.2m8.8mm 齿 厚：S1S2S3S4M(

221tgt1)=6.284mm

5.3.3差动蜗轮设计

蜗杆蜗轮传动是用来传递空间交错轴之间运动和动力的，由蜗杆、蜗轮、机

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架组成。主要优点有以下几点：

a．传动比大，机构紧凑；

b．蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、振动小、噪声低；

c．当蜗杆的导程角小于当量摩擦角时，可实现反向自锁，即有自锁性。 经过差动挂轮，传递轴ⅩⅦ和轴ⅩⅧ之间的动力，从而实现附加运动链的联系，实现加工斜齿圆柱齿轮的目的。下面我们来对其相关尺寸和参数进行计算：

由差动传动链的传动比分配计算可得，分配到差动蜗轮副的传动比i=15，查[20]表7.2，选择取Z1=2，Z2=Z1i=30，那么下面我们来设计蜗轮、蜗杆的有关参数和尺寸。已知n1166.3,n22494.5，P13kW。

按蜗轮蜗杆的接触疲劳强度设计

3.25ZE m2d1KT2ZH2 2（4-3） 式中：

m——齿轮模数；

d1——蜗轮的分度圆直径； K——载荷系数； T2——转矩； ZE——材料系数； H——许用接触应力。 A．确定公式中各参数的值： a．选Z1、Z2

查[20]表取Z1=2，Z2=Z1i=30 b．蜗轮转矩T2

初估传动效率0.82，则

311485.3 Nmm 166.33T2=T1i9.55106150.82141268.79 Nmm

166.3c．载荷系数K，取K=1。

T19.55106d．查[20] P150表7.2取材料系数ZE：ZE155MP

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e．许用接触应力H：查[20] P160表7.9取0H220MPa N60n2at60166.312400 0 2.39108

77101080.673 ZN88N2.3910 H=ZN0H0.673220MP=147.9MPa f．计算m2d1

3.25ZE m2d1KT2ZH23.251551141268.79 147.93022 =1820.9 mm3 初选m、d1

查[20]表7.1取m=4mm、d1=120mm

m2d1421201920mm31820.9mm3 g．导程角

m tanZ1240.06666 7d1120 arcta0.n0666673.8 h．滑动速度s s=

d1n1601000cos1202494.5(m/s)

601000cos3.8 =15.7(m/s) i．啮合效率1

由s=15.7m/s查[20]表7.5得v0.8 1=

tantan3.80.93

tanvtan3.80.8

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j．传动效率

取轴承效率20.96，搅油效率30.96 1230.930.960.960.857 k．检验m2d1的值

T32T1i9.551062494.5150.857 =147658.28N.mm

2 m2d3.25ZE1=KT2HZ2mm3 2 =1147658.283.251553147.930mm

=1903.3mm31920mm3 B．确定传动主要尺寸

已知m4mm,d1120mm,Z12,Z230 a．中心距a a=d1mZ212024302120mm

(蜗杆尺寸) b．分度圆直径d1 d1=120mm c．齿顶圆直径da1

da1=d1+2ha112024mm128mm d．齿根圆直径df1

df1=d1-2hf(12021.24)mm=110.4mm e．导程角 =3.8

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f．轴向齿距px1

px1=m412.56mm g．轮齿部分长度b1

b1m110.06Z24110.0630mm51.2mm 取b1=55mm。 (蜗轮尺寸) h．分度圆直径d2

d2=mZ2430120mm i．齿顶高ha2

h*a2=ham4mm j．齿根高hf2

h*f2=（hac*）m=(10.2)44.8mm k．齿顶圆直径da2

d*a2=d2+2ham=120+214=128mm l．齿根圆直径df2

d2mh*f2=d2ac*1202410.2 =110.4mm m．蜗轮齿宽，取b2b155mm

n．蜗轮齿宽角，sinb22d，54.56

1o．蜗轮咽喉母圆半径g2 da2128g2=a2120256mm 第 32 页 共 43页

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5.3.4圆柱直齿轮的设计

齿轮传动是现代机械中应用最广泛的一种传动形式。齿轮传动的主要优点有以下几种：

a．瞬时传动比恒定，工作平稳，传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；

b．适用的功率和速度范围广，功率从接近于零的微小值到数万千瓦，圆周速度从很低到300m/s；

c．传动效率高，=0.92-0.98，在常用的机械传动中，齿轮传动的效率高； 工作可靠，使用寿命长；

d．外廓尺寸小，机构紧凑。 轴ⅹ与轴Ⅺ之间为一对圆柱齿轮传动，且为等速传动，即i=1，已知n=166.3r/min。 初选Z1Z242。

考虑到该对齿轮的工作环境及载荷情况。故两齿轮都用45钢调质处理，齿面硬度分别为220HBS、220HBS。属软齿面闭式传动，载荷平稳，初选7级精度，齿轮齿数为Z1Z242，按软齿面齿轮非对称安装，查[20]表6.5，取齿宽系数d1.0。

按齿轮的齿面接触疲劳强度设计： d1t2.32（4-4）

式中： d1t——齿轮分度圆直径 Kt——载荷系数 T1——转矩 ZE——材料系数 u——传动比

H——齿轮的接触疲劳强度极限

A．确定公式中各参数： a．载荷系数Kt，试选Kt=1.5 b．齿轮传递的转矩T1：

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3KT1u1ZE duH2

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T1=9.55106P3 9.55106n1166.3 =1.7105Nmm

c．材料系数ZE：查[20] P117表6.3取ZE=1.8MP

d．齿轮的接触疲劳强度极限，查[20] P110图6.8取Hlim1Hlim2560MPa e．应力循环次数N

N1N260n1jLh60166.311030082.39108

f．接触疲劳寿命系数KHN1、KHN2，查[20] P108图6.6取KHN1KHN20.95

H2，取安全系数SH1 g．确定许用接触应力H1、 H1H2KHN1B．设计计算

a．试算齿轮分度圆直径d1t

51.51.710111.8 d1t2.323

115322Hlimt1SH=0.95560532MPa

=93.23

b．计算圆周速度 =

d1tn160100093.23166.36010000.811(m/s)

c．计算载荷系数K，取使用系数KA1，根据=0.811m/s，7级精度可查得动载系数KV1.1，得K1.15。则

K=KAKVK11.11.151.265

d．校正分度圆直径 d1d1t3K1.26593.23388.08mm Kt1.5C．计算齿轮传动几何尺寸

a．计算模数m

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md1Z88.082.09 142按标准取模数m=3mm

下面来计算齿轮Y38-11210的有关参数和尺寸： b．分度圆直径d

d=mZ=342=126mm c．齿顶高ha

h*a=ham=13=3mm d．齿根高hf

h*f=（ha+c）m=（1+0.25）3=3.75mm e．齿全高h

hhahf33.756.75mm f．齿顶圆直径da

da=d+2ha=126+23=132mm g．齿根圆直径df

df=d-2hf=126-23.75=118.5mm h．基圆直径db

db=dcos=126cos20=118.40mm i．齿距p

P=m=9.42mm

j．齿厚S

S=m24.71mm k．齿槽宽e

e=m24.71mm l．顶隙c

c=c*m=3.75mm

D．下面是两齿轮之间的参数关系：

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a．两轮分度圆直径：

d1d2mZ1342126mm b．中心距a a=mc．齿宽b

b=dd11.0126126mm 取b1b2130mm d．齿高h

h=2.25m=2.2536.75mm

校核齿根弯曲疲劳强度[20] F（4-5）

式中： F——齿轮的弯曲疲劳强度极限；

K——载荷系数； T1——转矩；

YSa——应力修正系数； YFa——齿形系数； m——齿轮模数。 A．确定公式中的各参数值：

a．齿轮的弯曲疲劳强度极限，查[20] P111图6.9取Flin1Flin2220MPa b．弯曲疲劳寿命系数KFN1、KFN2，查[20] P109图6.7取KFN1KFN20.90

2KT1YFaYSaF

Z1Z2234242126mm

2dZ1m23F2，取定弯曲疲劳安全系数c．许用弯曲应力F1、SF1.4，应力修正系数YST2.0得：

F1F2KFN1YST1Flim1SF2200.902282.86MPa 1.4第 36 页 共 43页

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d．齿形系数YFa1、YFa2和应力修正系数YSa1、YSa2：取YFa1YFa22.22，

YSa1YSa21.77

计算齿轮的

YFa1YSa1，代入公式计算。

[F1]B．校核计算： F221.2651.71052.221.7735.48MPaF1

142233 所以弯曲疲劳强度足够。

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结束语

滚齿机是齿轮加工机床中的一种，其占齿轮加工机床拥有量的40%~50%。它主要用来加工圆柱齿轮和蜗轮等。传统的滚齿机床的主要加工十个齿以上的齿轮，我所设计的滚齿机是经过改造后可以加工2-10个齿的滚齿机。这对我国的少齿数齿轮制造和制造水平的提高有着重要意义。

通过认真分析、计算，选择材料等方面的设计，所设计的滚齿机能满足少齿数齿轮加工的基本要求，如强度、刚度、寿命、工艺性与经济性等，且运行可靠，便于维修和装卸，保证加工质量和精度要求。由于滚齿机结构复杂，我没能完全按照老师的任务完成，我日后会更加努力。

本机床设计合理，符合实际应用，满足加工要求，且较大部分采用通用件和标准件，制造成本合理，设备维修方便。

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参考文献

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致谢

为期三个月的毕业设计已经结束。回顾整个毕业设计过程，虽然充满了困难与曲折，但我感到受益匪浅。本设计是学完所有大学期间本专业应修的课程以后所进行的，是对我所学知识的一次大检验。使我能够在毕业前将理论与实践更加融会贯通，加深了我对理论知识的理解，强化了实际生产中的感性认识。

本次毕业设计课题是滚齿机工作台传动链设计。通过这次毕业设计，我基本上掌握了滚齿机传动链设计的方法和步骤，以及设计时应注意的问题，另外更加熟悉、运用和查阅各种相关手册。

总的来说，这次设计，使我在基本理论的综合运用以及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的锻练，提高了我思考问题、解决问题以及创新设计的能力，缩短了我与工厂工程技术人员之间的差距，为我以后从事实际工程技术工作奠定了一个坚实的基础。

本次设计任务业已顺利完成，但由于自己水平有限，缺乏经验，难免会留下一些遗憾，在此恳请各位老师不吝赐教。

此次毕业设计是在指导老师王保民的认真指导下进行的。他经常为我解答一系列的疑难问题，以及指导我的思想，引导我的设计思路。并且为我解决很多实际问题，为我提供相关的文献资料，在历经三个多月的设计过程中，一直对我精心辅导和督促。另外，我还得到了很多专业老师以及同学的热心帮助与指导。在此，我忠心地向他们表示诚挚的感谢和敬意！

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附录 A 基本理论依据

根据表斜齿圆柱齿轮的几何参数及尺寸计算公式，将齿轮的公式及参数编辑程序：

附表 1-1 斜齿圆柱齿轮的几何参数及尺寸计算公式 名称 螺旋角 法面模数 端面模数 法面压力角 端面压力角 法面周节 端面周节 法面基节 基面基节 法面齿顶高系数 端面齿顶高系数 法面顶隙系数 端面顶隙系数 分度圆直径 基圆直径 最少齿数 法面变位系数 端面变位系数 齿顶高 齿根高 齿顶圆直径 代号 计算公式 （一般取7~15） （取为标准值） mtmncos  mn mt n （取为标准值） tanttanncos pnmn t pn pt pbn pbt *han ptmtpncos pbnpncosn pbtptcost （取为标准值） **hathancos *hat *cn （取为标准值） *ct*cncos ct* d db zmn dzmtzmncos dbdcost zmn2 xn xt xnxtcos *xthat(zminz)zmin ha hf **hamthatxtmnhantxn *hfmthatct*xmhtn*ant*cnxn da dad2ha

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齿根圆直径 法面齿厚 端面齿厚 当量齿数

df sn st zv sn2xntannmn 2st2xttantmt 23zvzcos dfd2hf

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