Y38滚齿机滚刀箱设计 毕业设计.doc

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1、第1章 绪论1.1滚齿机在我国国民经济中的地位齿轮是现代机器和仪器中的重要零件。由于齿轮传动具有传动比精确、传力大、效率高、结构紧凑、可靠耐用等优点，因此，齿轮传动的应用极为广泛，齿轮的需要量也日益增加。用来加工齿轮轮齿表面的机床，称为齿轮加工机床。齿轮加工机床是机械制造工业中的一种重要的技术装备。齿轮的加工技术和加工能力反映一个国家的工业水平。滚齿机是使用最广泛的齿轮加工机床，其数量约占整个齿轮加工机床的45%左右。多数情况下，滚齿机用来加工渐开线齿形的直齿、斜齿、和人字齿轮。只要滚刀与工件齿形共轭，就可以加工相应齿形的工件，如圆弧齿轮、棘轮、链轮等。滚齿机既适合于高效率的齿形粗加工，又适合

2、于高精度齿形精加工。由于适应范围大、调整简易、操作方便，因此这种机床不论对于大量生产和成批生产的工厂，或者是小量生产和单件生产的工厂，都是一种比较经济的齿形加工设备。切削加工主要是将金属毛坯加工成具有较高精度的形状、尺寸和较高表面质量零件的主要加工方法，因此金属切削机床是加工机器零件的主要设备，他所负担的工作量，约占及其总制造工作量的40%60%，机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。以此作为机械制造业的基础装备的金属切削机床，在国民经济中占有重要地位。而齿轮作为机械传动中最常见，最重要的传动由于其使用的量大面广，齿轮加工机床已成为汽车、摩托车、工程机械、船舶等行业的关键设

3、备。特别是，随着汽车工业的高速发展，对齿轮的需求量日益增加，对齿轮加工的效率、质量及加工成本的要求愈来愈高，使齿轮加工机床在汽车、摩托车等行业中占有越来越重要的作用。例如，汽车齿轮大多数采用滚齿剃齿热处理珩齿工艺，少数企业和部分轿车企业采用滚齿热处理磨齿工艺，而重载齿轮传动业则普遍采用滚齿热处理磨齿工艺。滚齿在汽车齿轮加工方面占据了70% 以上的份额，可见滚齿在齿轮加工领域的作用不可替代。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4050%，它主要用来加工圆柱齿轮和蜗轮等。1.2滚齿技术及滚齿机制造技术的发展历程1694年，法国学者Philippe Delahire首先提出了渐开线

4、可作为齿形曲线，经过无数人的努力和长时间的完善发展，已经成为目前应用最广泛的一种齿形。1785年Leonard Euler发明了渐开线，1835年惠特沃思第一个申请采用范成法的主流滚齿机,19世纪末，展成切齿法原理的出现使得Grant利用此原理于1887年发明了滚齿机，使渐开线齿轮取得了绝对优势，齿轮从此进入工业应用。后经多方面的改进,1900年赫曼法乌特又加上差动装置,首创了可以滚制斜齿轮的万能滚齿机,从而解决了制造问题。从此渐开线齿轮成为应用最广泛的齿轮，而展成法加工齿轮也以巨大的优势压倒范成法成为主要的齿轮加工方法。1940年，重庆机床厂始建，成为中国齿轮机床的摇篮，后来成为世界上规模最

5、大、生产数量最多的滚齿及制造商。美国于1952年首先研制成功数控机床，与此同时，联邦德国也在1953年获得数控滚齿机专利。1960年我国自行设计研制出国内第一台8m式滚齿机，并在1986-1987年间成功研制出数控滚齿机并开始加工直齿非圆齿轮。1996年，重庆机床厂向北京华纳提供了7台高效数控滚齿机，同年以雄厚的实力一举夺得神龙公司15万辆轿车工程的国际招标项目，这七台严格按照国际标准和欧洲标准设计制造的数控滚齿机一举使我国的滚齿机生产水平达到了国际先进标准。滚齿机制造技术的发展可划分为机械式滚齿机和数控滚齿机两个阶段。传统的机械传动式滚齿机，其特征为各主轴采用机械式的传动形式，包括差动、分齿

6、、工件轴、滚刀轴和进给等。由于传动链固有的理论误差和安装间隙，造成速度较慢，精度较低。工作时，滚刀装在滚刀主轴上，由主电动机通过齿轮副和蜗轮副驱动作旋转运动；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。工件装在工件轴上，由分度蜗轮副带动旋转，与滚刀的运动一起构成展成运动。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)可沿床身导轨移动，以适应不同工件直径和作径向进给。随着数控技术的发展，出现了13个轴数控化的滚齿机，其中的一部分轴采用伺服电机数字化控制。直到20世纪80年代，世界上才出现真正意义上的六轴数控滚齿机。在过去的20年中，数控滚齿机的发展可以划分为4代。第一代数

7、控滚齿机的工件轴和滚刀轴等采用传统的蜗杆蜗轮副传动，速度依然较低，但精度有所提高。随着刀具技术的发展，切削线速度有了很大的提高，原来的滚齿机已不能满足刀具的高速切削要求，于是更快的第二代数控滚齿机诞生。其工件轴和滚刀轴采用齿轮副传动，速度有很大的提高。第三代数控滚齿机于90年代末期出现，它与世界上两大齿轮装备巨头的合并不无干系。差动机构滚齿机发明人H.Pfaute创办了PFAUTER公司，100多年来，PFAUTER公司不断探索，使滚齿机制造技术始终处于世界领先地位。1997年，世界著名锥齿轮制造商美国格里森公司成功收购德国PFAUTER公司。通过技术的强强联手，第三代数控滚齿机GP系列诞生。

8、其以全直驱技术的利用为特征，工件轴和滚刀轴的直接驱动实现了真正意义的全闭环控制。直驱技术的使用，保证了高速度；电子齿轮箱和机械间隙的数控补偿，保证了高精度。这时，数控滚齿机似乎进入顶峰。近10年间，基于多年的齿轮机床制造经验以及不断的创新意识，格里森公司又开发出第四代滚齿机GENESIStm 130H，这也是当今世界上唯一的第四代数控滚齿机。数控滚齿机朝着超高速、超精度、超可靠性、超数字化方向发展。 2007年4月，中国本土生产的第一台带有人造大理石床身、高速主轴直驱的滚齿机正式问世。这台滚齿机经过严格测试，各项精度指标和性能完全满足格里森美国和德国标准，标志着中国齿轮机床的制造技术从此跨入了

9、一个崭新的高度。1.3滚齿机的国内外现状分析 随着数控技术、软件技术、信息技术、可靠性技术的发展，滚齿机正朝着复合功能的方向迈进，实现齿轮加工数控化和自动化、加工和检测的一体化是目前齿轮加工的发展趋势。以德国西门子、日本发那科公司数控系统为主流的数控滚齿机的出现，大大提高了齿轮加工能力和加工效率。我国目前真正能够生产数控滚齿机的只有23个厂家，且使用的多是德国西门子数控系统，加工中模数齿轮，没有自主产权的核心技术，缺少国际竞争力。目前我国仍以生产加工并使用传统齿轮加工机床进行齿轮类零件的加工。由武汉重型机床集团有限公司设计制造的目前我国最大的Y311250型12.5米滚齿机，已经通过了用户单位

10、唐山盾石机械制造有限公司的验收。该机床加工齿轮的直径可达12.5米，加工模数36，工作台最大承重100吨，是生产水泥设备、矿山机械、发电设备的关键设备。此前，我国制造的最大规格的滚齿机加工件直径为8米，也是由武重生产的。 但是，最近这几年，我国对滚齿机设计制造技术方面研究的主要内容经历了从传统机械式滚齿机通过数控改造发展为23轴(直线运动轴)实用型数控高效滚齿机，到全新的六轴四联动数控高速滚齿机的开发。滚齿机加工(钢件)全部采用湿式滚齿方式，由于滚刀线速度在大于70m/min后，会产生大量油雾，目前油雾的处理是采用全密封护罩加油雾分离器的方式将油和雾分开，将不含油的雾排向车间，冷凝后的油回到机

11、床内循环使用；夹着油污的铁屑则通过磁力排屑器将铁屑和大部分油污分离。目前，国内主要滚齿机制造商重庆机床厂及南京二机床有限责任公司生产的系列数控高效滚齿机已采取全密封护罩加油雾分离器和磁力排屑器的方式部分地解决环保问题。世界上滚齿机产量最大的制造商重庆机床厂从2001年开始研究面向绿色制造的高速干切滚齿技术，2002年初研制成功既能干切又能湿切的YKS3112六轴四联动数控高速滚齿机，2003年初又开始研制面向绿色制造的YE3116CNC7高速干式切削滚齿机，即将进入商品化阶段。第2章 Y38滚齿机方案设计2.1明确总共能（黑箱法）：人们常把一些内部结构尚不清楚的系统叫做黑箱.对某一未知系统(即

12、黑箱)通过实验和推理来研究其内部结构的问题,称为黑箱问题.对于黑箱问题的解决,往往是给黑箱输入某一或某几个信号,观察其输出信息,然后进行推理,最终得出黑箱内部结构信息。图2-12.2功能原理的选择齿轮加工方法：按齿面加工原理来分，有范成法和成形法。 1成形法 ：成形法利用与被加工齿轮齿槽截形相一致的刀具齿形，在齿坯上加工齿面。 在铣床上用盘形或指形齿轮铣刀铣削齿轮，在刨床或插床上用成形刀具刨削或插削齿轮。加工时，刀具作快速的切削运动（旋转运动或直线运动），并沿齿槽作进给运动，就可切出齿槽。加工完一个齿槽后，工件分度转动一个齿距，再加工另一齿槽，直至切出全部齿槽。采用成形法加工齿轮，所用机床较简

13、单，并可以利用通用机床加工。缺点是加工精度较低，生产率不高，通常多用于修配。 2.范成法 ：用范成法加工齿轮时，刀具与工件模拟一对齿轮（或齿轮与齿条）作啮合运动（范成运动），在运动过程中，刀具齿形的运动轨迹逐步包络出工件的齿形。 范成法切齿刀具的齿形可以和工件齿形不同，且可以用一把刀具切出同一模数而齿数不同的齿轮，加工时连续分度，具有较高的加工精度和生产率。因此齿轮加工一般采用范成法。图2-22.3功能分解图总功能范成切齿主传动分齿进给差动动力定传动比传动变速传动直齿斜齿定传动比变速传动无级变速器差动挂轮电动机液压定轴轮系周转轮系挂轮传动无级变速定传动比传动变速传动定传动比传动变速传动定轴轮系

14、周转轮系挂轮无级变速定轴轮系周转轮系挂轮无级变速定轴轮系周转轮系挂轮无级变速气压电气2.4 功能元求解表2-1方案1方案2方案3方案4方案5主传动带传动蜗轮蜗杆传动挂轮周转轮系定轴轮系分齿分齿挂轮钢球式无级变速器进给进给挂轮定轴轮系周转轮系钢环式无级变速器差动差动挂轮摩擦轮差动装置钢球式无级变速器定轴轮系动力电动机气压装置液压装置电气装置2.5各功能元求解方案分析1）主传动：表2-2方 案 简 图方 案 说 明带传动轴间距范围大，工作平稳，噪声小，能缓和冲击，吸收震动，摩擦型带传动有过载保护的作用，结构简单，成本低，安装要求不高。外廓尺寸较大，摩擦型带有滑动，不能用于分度链，由于带的摩擦起电，

15、不宜用于易燃易爆的地方，轴和轴承上的作用力大，带的寿命较短。齿轮传动承载能力和速度范围大，传动比恒定，采用行星传动可获得很大传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，。制造和安装精度要求高，精度低时，运转有噪声，无过载保护。蜗轮蜗杆传动结构紧凑，单级传动能获得很大的传动比，传动平稳，无噪音，单头蜗杆可制成自锁机构。传动比大，滑动速度低时效率低，中高速传动需要昂贵的减磨材料，制造精度要求高，刀具费用昂贵。定轴轮系轮系运转时，其中各齿轮轴线相对于机架的位置 固定不动，则称之为定轴轮系。i1m=1 /m=所有从动轮齿数的乘积所有主动轮齿数的乘积周转轮系轮系运转时，有齿轮轴线的位置不固定，而是绕某一固定轴

16、线回转，称该轮系为周转轮系2）分齿表2-3方 案 简 图方 案 说 明分齿挂轮原理简单，结构十分紧凑，维护和制造方便，但操作比较麻烦。用于不同转速时需更换不同的挂轮，在传动比数目较多时，需要较多组挂轮，因此可能导致成本较高，操作会比较麻烦。钢球式无级变速器该无级变速器适用于机床主传动或者进给系统。结构紧凑，体积小，但输出转速偏高，在机床上采用时，需要较大传动比的齿轮传动来降速，并且该无级变速器寿命较低，不能满足严格的传动比要求。3）进给表2-4方 案 简 图方 案 说 明钢环式无级变速器该无级变速器适用于机床的进给系统。变数范围宽，原理和结构简单，装配方便。钢环有自紧作用，无需另外设置加压装置

17、。但是结构不够紧凑，不适于大功率和对传动比有严格要求的场合，并且使用寿命较低。定轴轮系定轴轮系的原理简单，传动结构紧凑，传动进度较高，制造和操作都比较方便，价格低廉。在此处若用定轴轮系的话会使进给系统的变数级数较小。此变速系统只适合于变数级数较小的场合，当变速级数较多时会使其结构庞大。进给挂轮该变速系统原理简单，结构十分紧凑，维护和制止方便，但操作比较麻烦。用于不同转速时需要换不同的挂轮，在传动比数目较多时，需要较多组挂轮。因此可能导致成本较高，而且当变速效率较高时，操作会比较麻烦 周转轮系轮系运转时，有齿轮轴线的位置不固定，而是绕某一固定轴线回转，称该轮系为周转轮系4）差动表2-5方 案 简

18、 图方 案 说 明差动挂轮原理简单，结构十分紧凑，维护和制造方便，但操作比较麻烦。用于不同转速时需更换不同的挂轮，在传动比数目较多时，需要较多组挂轮，因此可能导致成本较高，操作会比较麻烦。钢球式无级变速器该无级变速器适用于机床主传动或者进给系统。结构紧凑，体积小，但输出转速偏高，在机床上采用时，需要较大传动比的齿轮传动来降速。并且该无级变速器寿命较低，不能满足严格的传动比要求。定轴轮系定轴轮系的原理简单，传动结构紧凑，传动进度较高，制造和操作都比较方便，价格低廉。在此处若用定轴轮系的话会使进给系统的变数级数较小。此变速系统只适合于变数级数较小的场合，当变速级数较多时会使其结构庞大。周转轮系轮系

19、运转时，有齿轮轴线的位置不固定，而是绕某一固定轴线回转，称该轮系为周转轮系5）动力装置方案一： 电动机： 简单，耐用，可靠，易维护，价格低廉。方案二：液压传动： 优点：可实现无级变速，调速范围大；运动件的惯性小，能够频繁迅速换向，传动工作平稳；系统容易实现缓冲吸振，并能自动防止过载。 缺点：容易产生泄漏，污染环境，因有泄漏和弹性变形大，不易做到精确的传动比，系统内混入空气，会引起爬行，噪声和振动。故障诊断与排除要求较高技术，在液压源的场合(2) 动载系数；(3) 齿向载荷系数。 得5. 材料弹性影响系数6.计算齿面接触疲劳应力 7.许用接触疲劳应力 （3-56）(1) 由参考文献【2】图10-

20、21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限： (2) 小齿轮和大齿轮的许用安全系数 (3) 接触疲劳寿命系数 小齿轮和大齿轮每转一周同一侧齿面啮合次数 小齿轮和大齿轮的最高转速 齿轮传动工作时间 (设寿命为10年，1年300天，两班制) 大小齿轮接触应力循环次数 由参考文献【2】图10-19取接触疲劳寿命系数 代入式 得 显然，所以，接触疲劳强度足够。3.4.2按齿根弯曲疲劳强度校核 按参考文献【2】式10-23 （3-57）计算齿根弯曲应力。1.齿形系数(1) 计算分锥角 ；(3) 计算当量齿数 由参考文献【2】表10-5得 1. 应力修正系数 查参考文献【2】表10-5得 3.计算圆周力

21、 （3-58）4. 计算齿根弯曲应力得 6. 计算许用齿根弯曲疲劳应力 (1) 由参考文献【2】图10-20C查得两齿轮的弯曲疲劳强度极限(2) 由参考文献【2】图10-18取弯曲疲劳寿命系数(3) 计算许用齿根弯曲疲劳应力 显然，所以，齿根弯曲疲劳强度足够。3.5.按扭转强度校核滚刀箱主轴 轴VIII是一个截面形状不同的空心轴，其结构如下图所示： 图3-14 轴VIII的结构图 显然，轴的右段为危险截面，右端轴径为，空心部分直径为，轴的材料为45钢。由参考文献【2】式15-1得轴的扭转强度条件为： （3-59） 其中 （3-60） 则 由参考文献【2】表15-3查得45钢的许用扭转切应力为2

22、545，显然： 所以轴VIII的扭转强度足够。 参考文献1. 李洪.机械加工工艺手册M.北京：北京出版社，1990.2.濮良贵等.机械设计-第八版M.北京：高等教育出版社，2006.5.3.现代机械传动手册编辑委员会.现代机械传动手册（上、下册）-第2版M.北京：机械工业出版社，2002.3.4.吴圣庄.金属切削机床M.北京：机械工业出版社.1980.8.5.成大先.机械设计手册（2、3卷）-第3版M.北京：机械工业出版社，1992.2.6.成大先.机械设计图册（3、6卷）M.北京：化学工业出版社，2000.9.7. 机床设计手册-第2册，零件设计（下册）M.北京：机械工业出版社.8.齿轮手册

23、编委会.齿轮手册（上、下册）-第2版M.北京：机械工业出版社，2000.9.9.青岛海意机床制造有限公司M.滚齿机使用说明书.10.机械设计手册编委会.机械设计手册（3、6卷）-第3版M.北京：机械工业出版社，2004.8.11.刘鸿文.材料力学（I、II）-第4版M.北京：高等教育出版社，2004.1.12.王先逵.机械加工工艺手册-第2版M.北京：机械工业出版社，2007.1.13.任殿阁，张佩勤.机床设计指导M.沈阳：辽宁科学技术出版社，1991.1.14.张春林，曲继方，张美麟.机械创新设计M.北京：机械工业出版社，2001.4.15.华东纺织工学院，哈尔滨工业大学，天津大学M.上海：

24、上海科学技术出版社，1983.4.16.顾京.现代机床设备M.北京：化学工业出版社，2001.7.17. 美荷马 D （Homer D）爱克哈德（Eckhardt）著. Kinematic Design of Machines and Mechanisms. 机械与机构设计（英文版）M.北京：机械工业出版社， 2002.3.18.美希格力(Joseph E. Shigley) 米施克(Charles R. Mischke)著. Mechanical Engineering Design. 英文版原书 第6版M. 北京：机械工业出版社， 2002.5.致谢毕业在即，我们很快要告别我们生活学习了四

25、年的校园了。作为大学四年最重要的一项课程毕业设计也接近尾声。这次设计工作量大，感觉时间比较紧迫，但在我们的指导老师杨志强老师的耐心指导下，我们按部就班地完成了每个阶段的任务，所以，我们的成果与杨老师的指导是密不可分的。毕业设计让我们受益匪浅，我们从中掌握了很多的基本能力，如查阅资料的能力、使用软件的能力以及独立思索的能力，但最重要的是掌握了很多的专业知识以及将知识与现实结合起来的经验。这次设计无论从涉及的范围，查阅资料以及解决问题的广度和深度来说，都是以往的设计无法比拟和超越的。设计中我体验到了作为一名设计者的艰辛，但是当看到同学们脸上都洋溢着收获的笑容时，内心感到无比的欣慰。这次设计是对我们

26、大学四年学习成果的考核和梳理，更是我们以后做好工作的重要铺垫，因为这次设计培养了我们团队合作的意识和精神，我想这是工作中必不可少的，我们要牢记我们是一个整体，我们要团结，要合作。我们要感谢我们的学院给我们提供了一个这么好的平台，让我们在这个平台上自由地施展，自由地成长。我们要感谢我们的指导老师杨老师，是他给我们指明了方向，是他在我们迷惑的时候给了我们寻找答案的勇气。我也要感谢同组的每位同学，是他们一直陪伴着我，鼓励着我，是他们让我懂得了整体的重要性。大学就要结束了，毕业设计让我难忘，但更让我难忘的是我们尊敬的老师和一起奋斗的同学们。这是我大学收获的一笔财富，我要把它珍藏，当我遇到困难走不下去的

27、时候我会想起他们，想起他们给过我的指导和帮助。再次谢谢他们！附件1机械设计概论机械设计是一门通过设计新产品或者改变老产品，满足人类需求的应用技术科学，它涉及工程技术的各个领域，主要研究产品的尺寸，形状和详细结构的基本构思，还要研究产品在制造，销售和使用等方面的问题。进行各种机械设计的工作人员通常被称为设计人员或者设计工程师，机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创新性，还必须在机械制图，运动学，动力学，工程材料，材料力学和机械制造工艺等方面有深厚的基础知识。如前面所述，机械设计的目的是生产满足人类需求的产品，发明，发现和科学本身并不一定能给人类带来益处，只有当它们被用在产品上菜

28、能产生效益。因而，应该认识到在一个特定产品设计之前，必须先确定人类是否需要这种产品。应当把机械设计看成设计人员运用创造性的才能进行产品设计，系统分析和制定产品的制造工艺的一个良机。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式更为重要。仅仅使用数据和公式是不足以在一个好的设计中作出所需要的全部决定的。另一方面，应该认真精确地进行所有运算。例如，即使将一个小数点的位置放错，也会使正确的设计变成错误的。一个好的设计人员应该勇于提出新的想法，而且愿意承担一定的风险；当新的方法不再适用时，就恢复采用原来的方法。因此，设计人员必须要有耐心。因为所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计，要求摒弃许多陈

29、旧的，为人们所熟知的方法。由于许多人墨守成规，这样做并不是一件容易的事。一位设计工程师应该不断地探索改进现有产品的办法，在此过程中应该认真选择原有的，经过验证的设计原理，将其与未经过验证的新观念结合起来。新设计本身会有许多缺陷和未能预料的问题发生，只有当这些缺陷和问题被解决之后，才能体现出新产品的优越性，因此，一个性能优越的产品诞生的同时，也伴随着较高的风险。应该强调的是，如果设计本身不要求采用全新的方法，就没有必要仅仅为了变革的目的而采用新办法。再设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不受各种约束。即使产生了许多不切合实际的想法，也会在设计的早期，即绘制生产图纸之前被改正。只有这样

30、，才不致于堵塞创新的思路。通常要提出几套设计方案，然后加以比较。很有可能在最后选定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作，因为实际上并不存在着一个对所有人来说都是最优的操作范围和操作过程。另一个应该被认识到的重要问题是，设计工程师必须能够同其他有关工作人员进行交流和沟通。与其他人就设计方案进行交流和沟通是设计过程的最后和关键阶段。毫无疑问，有许多伟大的设计，发明或创造之所以没有为人们所利用，就是因为创造者不善于或者不愿意向其他人介绍自己的成果。提出方案是一个说服别人的工作。

31、当一个工程师向经营，管理部门或者其主管人员提出自己的新方案时，就是希望向他们说明或者证明自己的方案是比较好的。只有成功的完成这项工作，为得出这个方案所花费的大量时间和精力才不会被浪费掉。人们基本上只有三种表达自己思想的方式，即文字材料，口头表述和绘图，因此，一个优秀的工程师除了掌握技术之外，还应该精通这三种表达方式。如果一个技术能力很强的人在上述三种表达方式中的某一种的能力较差，他就会遇到很大的困难。如果上述三种能力都较差，那将永远没有人知道他有多能干。一个有能力的工程师不应该害怕在提出自己的方案时遇到失败的可能性，事实上，偶然的失败肯定会发生的，因为每个真正有创造性的设想似乎总是有失败或批评

32、伴随着它。从一次失败中可以学到很多东西，只有不怕遭受失败的人们才能取得最大的收获。总之，觉得不把方案提交出来才是真正的失败。为了进行有效地交流，需要解决下列问题：（1） 所要设计的这个产品是否真正为人们所需要？（2） 此产品与其他公司的现有同类产品相比有无竞争能力？（3） 生产这种产品是否经济？（4） 产品的维修是否方便？（5） 产品有无销路？是否可以盈利？只有时间才能对上述问题给出正确的答案。但是，产品的设计，制造和销售只能在上诉问题的初步肯定答案的基础上进行。设计工程师还应该通过零件图和装配图，与制造部门一起对最终设计方案进行沟通。通常，在制造过程中会出现某个问题。可能要求对某个零件尺寸或

33、公差做一些更改，使零件的生产变得更容易。但是，工程上的更改必须经过设计人员的批准，以保证不会损伤产品的功能。有时，在产品的装配时或者装箱外运前的实验中才发现设计中的某种缺陷。这些事例恰好说明了设计是一个动态过程。总是存在着更好的方法来完成设计工作，设计人员应该不断努力，寻找这些更好的方法。机床一、介绍机床的布局 压缩机排气量的大小决定了星轮、螺杆直径的大小和啮合中心距的大小，因此螺杆直径的不同，机床的主轴与刀具的回转中心也不同。为满足加工不同直径的螺杆，目前国内单螺杆加工机床的布局大致有以下几种方案。 第一种：机床的主轴与刀具回转中心的中心距为固定式 机床的主轴与刀具回转中心的中心距为固定式，

34、中心距不可调整。加工几种直径的螺杆就需要几种中心距规格不同的机床。 优点：机床的结构简单。 缺点：每种机床只能加工一种规格的螺杆，当市场上某种规格的压缩机螺杆需要量大时，造成一台机床加工，其他机床闲置。 第二种：机床的主轴箱为可回转式 机床可根据加工螺杆直径的大小在加工前把主轴箱旋转一个角度。这种主轴箱能够回转的机床是对上述第一种机床在使用方法上的改进，与第一种机床的结构基本相同。 优点：机床的结构简单，能适应多种规格螺杆的加工。 缺点1：主轴箱旋转后主轴回转中心线与刀具回转中心线间的距离不易精确测量。 缺点2：主轴箱旋转后主轴前端面与刀具的回转中心线间的距离减少，因此加工较大直径的螺杆受到限

35、制。 第三种：机床的主轴箱为横向移动式 主轴箱底部与底座之间布置有矩形滑动导轨，主轴箱移动的方向垂直于主轴回转中心线并垂直于刀具回转中心线。主轴箱的动力通过花键轴传给底座内的刀具进给机构。 根据加工螺杆直径的大小，在加工前用手轮丝杠进给机构把主轴箱移动到适当位置，然后用螺钉将主轴箱固定在底座上。主轴箱的移动距离可用光栅尺检测，位置误差0.005mm。 采用主轴箱可横向移动的一个机床就可以加工直径95385mm之间任何一种规格的螺杆。 由于加工95385mm直径的螺杆，造成主轴前端面与刀具回转中心线间的距离差值过大，因此在实际应用时设计成两种规格的机床，一个机床加工95205mm直径的螺杆，另一

36、个机床加工180385mm直径的螺杆。 优点：机床能适应多种规格螺杆的加工，每种规格的螺杆不需要配备相应的加工机床。 缺点：机床的结构和机床的装配较前二种机床复杂，机床的造价也较前二种机床高。 二、介绍机床的主轴结构 机床主轴箱的水平主轴和底座上的立式的主轴精度的高低决定了被加工螺杆的精度，同时螺杆在压缩机中以几千转的速度高速旋转时，精度较差的螺杆会使压缩机产生发热、振动、效率低、磨损快等现象。 国内目前现有的单螺杆加工机床主轴结构大致有以下两种方案。 第一种：轴承径向游隙不可调的主轴结构 主轴前轴承采用1个双列圆柱滚子轴承和两个推力球轴承组合，该主轴使用双列圆柱滚子轴承承受径向切削力，使用两

37、个推力球轴承承受轴向切削力。 主轴后轴承一般采用1个双列圆柱滚子轴承或采用1个向心球轴承。 这种主轴结构的优点：主轴的加工和装配简单，造价较低。 缺点1：由于主轴轴承的径向游隙不可调整，所以主轴精度较差。虽然可以利用轴承的内径和轴径的过盈配合来消除轴承的径向游隙，但每个轴承的内径和径向游隙不是一个固定值，因此设计和加工时很难给准轴径与轴承内径的配合公差。 缺点2：在市场上很难买到国产或进口的C、D级或P4、P5级的推力球轴承，机床生产厂常用普通级轴承替代使用，此举也影响了主轴精度的提高。 轴承径向游隙不可调的主轴结构适用于一般精度的普通机床，不适用于对主轴精度要求较高的机床。 第二种：轴承径向

38、游隙可调的主轴结构 主轴前轴承采用一个P4级圆锥孔的双列圆柱滚子轴承和1个P4级的双列向心推力球轴承组合。该主轴使用圆锥孔的双列圆柱滚子轴承承受径向切削力，使用双列向心推力球轴承承受轴向切削力和部分径向切削力。 主轴后轴承一般采用1个P5级圆锥孔的双列圆柱滚子轴承。 圆锥孔双列圆柱滚子轴承的内圈和配合轴径均为1：12圆锥，用圆螺母锁紧轴承则使轴承在轴向产生一个位移并使轴承的内圈膨胀，从而达到减少或消除轴承径向游隙的目的。 这种主轴结构的优点：主轴精度较高。在主轴前端面230mm直径上测量主轴的端面跳动值为0.010mm。在主轴前端230mm外圆上测量主轴的径向跳动值为0.005mm。第二种结构

39、的主轴精度比第一种主轴精度提高50%左右。 这种主轴结构的缺点： 主轴的加工工艺较复杂，主轴的装配也需要有经验的工人操作才能使主轴精度达到理想数值。 三、刀具进给深度的控制 不同直径的螺杆需要加工螺旋槽的深度也不同，螺旋槽的深度从几十毫米到一百多毫米不等，刀具进给机构大约需要旋转进刀几千圈才能完成一个螺杆零件的加工。 由于刀具进给机构在刀具旋转的同时还要完成进刀动作，所以一些在普通机床上常用的机械、电气控制切深的方法都不适用于单螺杆加工机床。 单螺杆加工机床的刀具进给机构采用以下不同的方法都可以达到控制进刀深度的目的。 第一种：摩擦离合器和电气开关控制刀具进给深度 它的控制原理是刀具切深增大时

40、刀具进给机构的负载扭距增大，使刀具进给机构传动链中的摩擦离合器打滑，一个机械连杆机构触发电气开关并发出声、光信号提示操作者，此时操作者人工操作断开刀具进给机构的动力。 这种控制方法的优点是：控制方法简单及零件加工和操作不受突然断电的影响。 缺点是：加工不同直径的螺杆需要调整摩擦离合器压紧碟簧的预紧力。 由于每个螺杆材质的密度、硬度存在细微差异及刀具锋利程度也存在差异，因此使这种控制方法的精度不太准确，可能导致螺杆螺旋槽的深度公差过大。 第二种：用电磁离合器、编码器组合控制刀具进给深度 刀具进给系统中，装有电磁离合器及一对用于检测刀具转动圈数的测速齿轮和一个编码器。 附件2Introductio

41、n to Mechanical DesignMechanical design is the application of science and technology to devise new or improved products for the purpose of satisfying human needs.It is a vast field of engineering technology which not only concerns itself with the original conception of the product in terms of its si

42、ze,shape and construction details,but also considers the various factors involved in the manufacture,marketing and use of the product.People who perform the various functions of mechanical design are typically called designers,or design engineers.Mechanical design is basically a creative activity.Ho

43、wever,in addition to being innovative,a design engineer must also have a solid background in the areas of mechanical drawing,kinematics,dynamics,materials engineering,strength of materials and manufacturing processes.As stated previously,the purpose of mechanical design is to produce a produce a pro

44、duct which will serve a need for man.Inventions,discoveries and scientific knowledge by themselves do not necessarily benefit people;only if they are incorporated into a designed product will a benefit be derived.It should be recongnized,therefore,that a human need must ba identified before a particular product is designed.Mechanical design should be considered to be an opportunity to use innovative talents to envision a design of a product,to analyze the system and then make sound judgments on how the product is to be manufacture