插齿机插齿主运动部件设计（改）.doc

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1、 广东工业大学课程设计任务书1 设计项目的性质和目的本实践项目课程结合机械制造装备设计课程的教学进行，是针对理论教学的实践活动，学生应该以积极主动的态度独立完成。本课程的性质是以动手操作为主，以自主创造性设计为主，以设计效果为学生工作成绩的主要评判依据，设计说明作为补充。学生必须人人亲自动手实施。所设计的作品注重符合工程要求，即具备一定的结构工艺性、装配工艺性和满足功能需要。通过动画表达操作方式和效果，使学生体会到设计和制造、操纵控制设计模型的乐趣。在简明扼要的介绍设计对象和要求之后，对指定装置进行测绘，然后由学生完成所有零件图、部件图、最后完成总装图设计。根据学生的能力，还可进行相关的改进设

2、计、进行动画设计等。在设计过程中，学生可接触到机械装备的控制、驱动、传动的技术，重点学习机械制造中的工艺、工装、测量等知识。通过完成本实践项目课程，学会较为熟练的操作使用某个设计软件；初步掌握开发、设计一个产品的有关过程；学习查阅资料，为自己的设计和分析提供思考的源泉。达到使学生在完成相关的机械专业基础课以后，得到较为综合性的专业设计训练的目的。 2 设计项目的任务和要求本次设计任务指定了学院实验中心拥有的机床模型，借助这些模型的直观感觉，然后通过观摩、外围零部件的拆装、查找图书资料、网络收集技术资料等方法，对模型主要进行机械结构方面的建模设计。设计时应注意达到如下要求:1） 了解各零件的基本

3、体，熟悉多种部件机械结构的构成和功能，掌握机械部件的装配结构。2） 分析机械装置各零件运动联系方式，确定机械的传动链以及工作原理，绘制机械结构运动简图。3） 学生采用三维软件，如Solidworks对机械本体进行零件、部件、直至整机装配建模，要求能正确地反映设备的工艺结构、装配结构。4） 每人选择其中二个以上零件将三维模型转为二维工程图，注意进行完整的工程信息标注，即尺寸、形位公差、表面粗糙度等。5） 对于较为复杂的整机设备，允许以若干人为一组，各自测绘一个部件，然后装配而成。6） 自学某个软件的运动学仿真工具，如COSMOSMotion设计模块，模拟机构的运动学和动力学状态，制作动画效果视频

4、短片。7） 学生约定时间到实验室，保证在实验台上工作的时间。写出每阶段工作的小结。8） 每位学生必须根据具体工作内容，完成一篇不少于1000字的设计报告（说明）书。学生的报告书符合格式要求，内容翔实丰满，数据较为准确。3 项目设计的工作步骤和进程安排周次设计各阶段内容地点10布置任务多媒体教室11收集有关机械装备的基本资料，熟悉由老师指定的机械模型结构在实验室完成12141. 安排在实验室做机械结构模型的拆装实验2. 分析机械本体结构、驱动与执行机构设计3. 开展有关测绘工作在实验室完成151. 学习三维设计软件，做好机械机构和结构设计的准备2. 自行进行设计与分析在宿舍上机161. 自行开展

5、设计与分析2. 辅导与答疑3. 学生撰写分析报告在宿舍上机及实验室完成17批改报告、答辩、评定成绩在实验室完成摘 要本项目设计基于实验模型进行。插齿机主运动与分齿运动复合在插齿机主轴上，主轴既要完成插齿的主切削运动，又要完成展成所需要的分齿运动。一般插齿机的结构，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。而本实验采用的曲柄球头结构，实现插齿机主运动。 基本任务如下：1、 设计插测绘实验台模型，拟定基于该模型的技术指标；2、 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，从动皮带轮将动力传递至插齿机和分齿运动分配机构，曲柄球头结构，注意轴承部位工

6、艺结构与润滑结构；4、 设计插齿机刀柄机构及其传动链，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。关键词：机械传动; 插齿; 主切削运动目录一：插齿机概述1.1：插齿机各组成部件21.2：插齿原理3二：插齿机插齿主运动部件设计2.1：设计任务：42.2: 总体思路42.3.插齿机插齿主运动部件设计说明书42.3.1:插齿机插齿主运动部件的机构分析5A：输入机构5带轮机构装配分析：5传动轴1机构装配分析：5直齿轮机构装配分析：5传动轴2机构装配分析：5锥齿轮机构装配分析：5传动轴3机构装配分析：5链轮机构装配分析：5传动轴4机构装配分析6安装与润滑6B偏心轮机构6偏心轮

7、机构装配分析61：偏心轮机构的固定2：偏心轮的轴承选择3：轴承装配与润滑：C插齿切削机构8插齿切削机构部件装配及分析81：插齿切削机构与偏心轮的连接2：主轴导轨（简化成套筒形状）与主轴的配合3：插齿刀的选用与装配三：插齿机主运动部件的运动分析以及数据校核10四：插齿机插齿主运动部件总体装配图以及工程图15输入轴零件工程图总体装备工程图五：课程设计心得16六：参考文献17一：插齿机概述1.1：插齿机各组成部件1、电机3、直齿齿轮副5、蜗杆副7、进给系统棘轮机构9、工件转动链传动11连杆13、进给系统连杆机构15、工件转动蜗杆副2、V带传动4、锥齿轮副6、螺旋齿轮副8、进给系统凸轮机构10、插刀移

8、动链传动12、齿轮插刀14、插刀转动蜗杆副16、传动链1.2：插齿原理1.插齿原理 插齿原理类似一对圆柱齿轮相啮合,其中一个是工件,另一个则演化为齿轮形刀具.它的模数和压力角与被加工齿轮相同,但每个齿的渐开线齿廓和齿顶上,都作成切削刃(一个顶刃、两个侧刃)，即成为齿轮形插齿刀。插削直齿的原理及加工时所需的成形运动上图表示插削直齿的原理及加工时所需的成形运动。其中插齿刀的旋转B1和工件的旋转B2组成复合的成形运动范成运动，用以形成渐开线齿廓。插齿刀的上下往复运动A是一个简单的成形运动，用以形成轮齿齿面的导线直线。这个运动是主运动。插齿时，插齿刀和工件除作范成运动外，插齿刀相对于工件还要作径向切入

9、运动，直到全齿深时停止切入，这时工件和插齿刀继续对滚（即插齿刀以B1，工件以B2的相对运动关系转动），当工件转过一圈，全部轮齿均切削完毕，然后插齿刀与工件分开，机床停机。因此，插齿机除了两个成形运动外，还需要一个径向切入运动。此外，插齿刀在往复运动的回程时不切削，为了减少切削刃的磨损，还需要有让刀运动，即刀具在回程时径向离开工件，进程切削时复原。2.插齿机的传动原理图 下图是用齿轮形插齿刀插削直齿圆柱齿轮时机床的传动原理图。传动原理图中，仅表明成形运动。切入运动和让刀运动并不影响加工表面的成形，所以在传动原理图中没有表示出来。 插齿机的传动原理图工件表面的成形运动需要有三条传动链：主运动传动链

10、12uv34；圆周进给运动传动链456uf78；范成运动传动链89ux1011。圆周进给传动链决定插齿刀和工件对滚的速度。由于插齿刀上下往复运动一次时，插齿刀本身转动的快慢，与渐开线齿廓精度有关，同时也决定了插齿刀每一次切削的切削负荷。因此，圆周进给运动是以插齿刀上下往复一次时，插齿刀在节圆上所转过的弧长来表示。主运动传动链决定插齿刀每分钟上下往复次数。二：插齿机插齿主运动部件设计2.1：设计任务：1、 设计插测绘实验台模型，拟定基于该模型的技术指标；2、 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，从动皮带轮将动力传递至插齿机和分齿运动分配机构，曲柄球头结构，注意轴承

11、部位工艺结构与润滑结构；4、 设计插齿机刀柄机构及其传动链，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。2.总体思路： 1、了解插齿机主运动及其传动链的设备结构； 2、作出大致装备模型装配，分析工作原理； 3、进行资料查阅，网上收集信息，根据实验室的数据，作出零件尺寸数据。4、运用所学的UG NX6.0进行建模，装配，做运动仿真。2.3.插齿机插齿主运动部件设计说明书2.3.1:插齿机主切削部件的机构分析 （运用UG建模辅助说明）总体零件爆炸图（2）重要机构说明 A：输入机构 主运动传动链的动力输入机构主要包括带轮机构 传动轴1直齿轮机构 传动轴2锥齿轮机构 传动轴3

12、 链轮机构 传动轴4（与偏心轮机构焊接）带轮机构装配分析：通过键跟输入轴装配，并用螺母防松直齿轮轮机构装配分析：通过键跟输入轴装配，并用弹性挡圈防松锥齿轮轮机构装配分析：通过键跟输入轴装配，并用弹性挡圈防松链轮机构装配分析：通过键跟输入轴装配，并用螺母防松传动轴机构装配分析传动轴材料选择40Cr（调质）。传动轴通过轴承的配合（轴承与轴承座过盈配合）达到稳定防松，加长轴承寿命，两边都采取过盈配合，限制两个方向的移动，配合后传动轴4与偏心轮焊接或通过键连接的方式连接。安装与润滑1、V带轮传动的预紧V带轮传动运转一段时间以后，会因为带的塑性变形和磨损而松弛。为了保证带传动正常工作，应定期检查带的松弛

13、程度，采取相应的补救措施。我们设计是定期张紧装置：采用定期改变中心距的方法来调节带的初拉力，使带重新张紧。如图所示：2、V带传动的安装各带轮的轴线应相互平行，各带轮相对应的V型槽的对称平面应重合。3、润滑油的选择对于齿轮和轴承封闭于减速箱内，采用代号为L-AN15的全损耗系统用油。对于工作部分的插齿刀，采用运动粘度较大的代号为L-AN68的全损耗系统用油。主要零件工艺性(一)低速轴的工艺性分析：（1） 材料：40Cr；（2） 热处理：整体调质，轴颈表面淬火；（3） 性能要求：整体硬度NB220HB240；轴颈及锥孔处硬度HRC52；（4） 工艺路线：锻造正火粗加工调质精加工表面淬火及低温回火磨

14、削；（5） 轴上键槽置于轴的同一条母线上，以便一次装夹后就能加工；（6） 为去掉毛刺，利于装配；（7） 轴向设有定位轴肩固定齿轮和轴承。（二）齿轮的工艺性分析：（1） 齿轮的功用：按照规定的速比传递运动和动力；（2） 齿轮材料：45钢（3） 热处理：正火或调质，综合力学性能好，切削性能好；（4） 性能要求：齿轮心部硬度为HBS220HBS250；齿面硬度HRC52；（5） 下料锻造正火或退火粗加工调质或正火精加工高频淬火低温回火 （拉花键孔）精磨。B偏心轮机构偏心轮机构主要包括杆头 杆身滚针轴承 轴承装配于杆头内连接连杆机构与插齿轴的上下两个衔接块，还有提供球铰的约束用透明化的效果显示偏心轮机

15、构装配分析1：偏心轮机构的固定杆头与偏心轮伸出部件的防松通过轴承的过盈配合以及加入防松卡环2：偏心轮的轴承选择 由于插齿机的部件偏心轮机构比较小，而且需要比较小的摩擦力，所以 加入轴承来完成偏心运动。轴承选用滚针轴承。根据资料，轴承的尺寸如下所以根据设计尺寸，选用型号为NA4901的滚针轴承3：轴承装配与润滑： 滚针轴承通过外圈过盈装配进摇杆杆头上。 滚针轴承转速比较低，所以通过脂润滑作为润滑方式。C插齿切削机构 插齿切削机构主要包括 轴（跟连接连杆机构的块体一起加工） 主轴导轨（简化）长键 插齿刀 插齿切削机构部件装配及分析1：插齿切削机构与偏心轮的连接： 主轴跟偏心轮之间的连接通过四个螺栓

16、连接2：主轴导轨（简化成套筒形状）与主轴的配合 通过长键配合，长键通过沉头螺栓固定3：插齿刀的选用与装配 插齿刀的选用（通过实验室的数据测量以及查阅插齿刀GB/T 6081-2001）选用齿数z=20 的插齿刀选用齿数Z=20的插齿刀插齿刀装配通过螺纹连接，来达到固定插齿刀。如图三：插齿机切削部件的运动分析以及数据校核 插齿机的直线插齿运动主要由偏心轮机构带动实现。偏心轮运动分析如下偏心轮式中心曲柄连杆机构简图如图2.1所示，图2.1中主轴运动中心线通过曲轴中心O，OB为曲柄，AB为连杆，B为曲柄销中心，A为连杆小头孔中心或活塞销中心。当曲柄按等角速度旋转时，曲柄OB上任意点都以O点为圆心做等

17、速旋转运动，刀具A点沿主轴中心线做往复运动，连杆AB则做复合的平面运动，其B点与曲柄一端相连，做等速的旋转运动，而连杆小头与主轴相连，做往复运动。在实际分析中，为使问题简单化，一般将连杆简化为分别集中于连杆头和杆身的两个集中质量，认为它们分别做旋转和往复运动，这样就不需要对连杆的运动规律进行单独研究9。 曲柄连杆机构运动简图刀具做往复运动时，其速度和加速度是变化的。它的速度和加速度的数值以及变化规律对曲柄连杆机构以及发动机整体工作有很大影响，因此，研究偏心轮曲柄连杆机构运动规律的主要任务就是研究刀具上下的运动规律。2.1.1 刀具位移假设在某一时刻，曲柄转角为，并按顺时针方向旋转，连杆轴线在其

18、运动平面内偏离主轴轴线的角度为，如图2.1 所示。当=时， 刀具A在最上面的位置A1，此位置称为上止点。当=180时，A点在最下面的位置A2，此位置称为下止点。此时刀具的位移x为:x=(r+) = （2.1）式中：连杆比。式（2.1）可进一步简化，由图2.1可以看出：即 又由于 （2.2）将式（2.2）带入式（2.1）得： x= （2.3）式（2.3）是计算活塞位移x的精确公式,为便于计算，可将式（2.3）中的根号按牛顿二项式定理展开，得：考虑到 13，其二次方以上的数值很小，可以忽略不计。只保留前两项，则 （2.4）将式（2.4）带入式（2.3）得 （2.5）2.1.2 刀具的速度 将活塞位

19、移公式（2.1）对时间t进行微分，即可求得刀具速度的精确值为 (2.6)将式（2.5）对时间微分，便可求得刀具速度得近似公式为： （2.7）从式（2.7）可以看出，刀具速度可视为由与两部分简谐运动所组成。当或时，刀具速度为零，刀具在这两点改变运动方向。当时，此时刀具得速度等于曲柄销中心的圆周速度。2.1.3 刀具的加速度将式（2.6）对时间微分，可求得刀具加速度的精确值为： （2.8）将式（2.7）对时间为微分，可求得刀具加速度的近似值为： （2.9）因此，刀具加速度也可以视为两个简谐运动加速度之和，即由与两部分组成。数据校核：由实验室测量数据得：电动机参数：型号：A07114 功率：370w

20、 电压：380V 频率：50HZ 电流：1.12A 转速：1380rad/min主运动传动链总比：2.5*3*1=7.5插齿机直线成形运动输入转速n=1380/7.5=184rad/min 为刀具每分钟往返次数设计偏心距为OB=12mm 连杆长l=60mm 连杆比=5刀具上下运动最大距离为s=24加工裕量设为2有效加工齿宽为：d=（24-2*2）/2=17.32mm刀具最大速度Vmax=OB*=231.2mm/s刀具最大加速度a=+=1.07m/四：插齿机插齿主运动部件总体装配图以及工程图五：课程设计心得机械装备课程设计是一次对机械设计与机械原理课程知识的全面复习和综合运用，设计题目是从工程实

21、际中选取复杂的机械系统，要求从全面、整体的角度进行一次完整的设计，使我们从整体上把握设计课程的全貌，是知识系统化，从中也可以在所学理论知识的基础上充分发挥我们的自我创造性，同时也培养了我们分析和解决一般机械运动实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。另外，由于要绘制零件的3D图，从中也使我们初步掌握了ug的使用技巧，丰富了我们的课外知识和提高了自身的能力。当然了，本次课程设计我们也有很多不足的地方，例如经过设计计算和校核，插齿机的曲柄摇杆驱动机构的设计完成后理论上基本能够符合设计的要求，但是设计过程中由于对某方面的知识缺乏实际工作经验，未能充分考虑实际工作情况，所完成的设计在特定实际工况中可能出现问题。希望在今后的设计中，这些问题能得到改正，使自己日益成熟，专业知识日益深厚。六：参考文献1 濮良贵，纪名刚.机械设计.8版.北京：高等教育出版社，2006.2 孙桓，陈作模.机械原理M.7版.北京：高等教育出版社，2006.3 杜文君.机械制造技术装备与设计（新版）.天津：天津大学出版社，2007.4 詹启贤.自动化机械设计M.北京：中国轻工业出版社，1994.5 吕仲文.机械创新设计M.北京：机械工业出版社，2004.