胡雪陽-機制11-2班-111101011274

1、燕 山 大 學 里 仁 學 院本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 課題名稱：球形蝸桿砂輪內(nèi)齒圈磨床結(jié)構(gòu)設(shè)計球形蝸桿砂輪內(nèi)齒圈磨床結(jié)構(gòu)設(shè)計 學院（系）：學院（系）： 機械工程機械工程系系 年級專業(yè)：年級專業(yè)： 機制機制2班班 學生姓名：學生姓名： 胡雪陽胡雪陽 指導教師：指導教師： 李宇鵬李宇鵬 目錄目錄1234課題背景課題背景研究的基本內(nèi)容，解決的主要問題研究的基本內(nèi)容，解決的主要問題研究步驟、方法及措施研究步驟、方法及措施工作進度工作進度一、課題背景一、課題背景 齒輪作為重要的基礎(chǔ)傳動元件，齒輪作為重要的基礎(chǔ)傳動元件，在機械、交通、船舶、航空航天、在機械、交通、船舶、航空航天、兵器等領(lǐng)域

2、得到廣泛的應(yīng)用，因此，兵器等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，因此，具有較好傳動性能和較高承載能力具有較好傳動性能和較高承載能力的齒輪在很大程度上提升了機械產(chǎn)的齒輪在很大程度上提升了機械產(chǎn)品的總體性能，在齒輪的加工過程品的總體性能，在齒輪的加工過程中，齒面的精度和承載能力成為制中，齒面的精度和承載能力成為制造的核心問題。硬齒面齒輪不僅可造的核心問題。硬齒面齒輪不僅可以使傳動裝置具有較高的承載能力，以使傳動裝置具有較高的承載能力，并可大大延長其使用壽命，縮減了并可大大延長其使用壽命，縮減了傳動裝置的尺寸和重量，而軟齒面?zhèn)鲃友b置的尺寸和重量，而軟齒面齒輪則基本被代替。齒輪則基本被代替。 齒輪加工生產(chǎn)現(xiàn)狀齒輪加工

3、生產(chǎn)現(xiàn)狀 現(xiàn)在所有的大型硬齒面內(nèi)齒圈加工技術(shù)有：硬質(zhì)合金插齒刀插齒、硬質(zhì)現(xiàn)在所有的大型硬齒面內(nèi)齒圈加工技術(shù)有：硬質(zhì)合金插齒刀插齒、硬質(zhì)合金剃齒刀剃齒、球形滾刀滾齒，磨齒主要是成形法磨齒。合金剃齒刀剃齒、球形滾刀滾齒，磨齒主要是成形法磨齒。 （1）插齒加工）插齒加工 插齒是目前較普遍使用插齒是目前較普遍使用的大型硬齒面內(nèi)齒輪加工的大型硬齒面內(nèi)齒輪加工方法，插齒法可以對斜齒方法，插齒法可以對斜齒內(nèi)齒輪進行加工，但在實內(nèi)齒輪進行加工，但在實際生產(chǎn)中，斜齒插齒刀的際生產(chǎn)中，斜齒插齒刀的前刀面為復雜的圓錐面，前刀面為復雜的圓錐面，其制造和研磨較困難，并其制造和研磨較困難，并且大型插齒機床缺乏螺旋且大型插

4、齒機床缺乏螺旋導軌，工件的回旋直徑較導軌，工件的回旋直徑較小，因此插齒法要實現(xiàn)穩(wěn)小，因此插齒法要實現(xiàn)穩(wěn)定而經(jīng)濟的加工大型硬齒定而經(jīng)濟的加工大型硬齒面內(nèi)齒圈還存在許多問題。面內(nèi)齒圈還存在許多問題。（2）剃齒加工）剃齒加工 剃齒加工一班要在普通的滾齒機或剃齒加工一班要在普通的滾齒機或插齒機上安裝附件或在專用的內(nèi)插齒機上安裝附件或在專用的內(nèi)齒輪剃齒機床上才能實現(xiàn)，一般齒輪剃齒機床上才能實現(xiàn)，一般用于精加工，但對于大型硬齒面用于精加工，但對于大型硬齒面內(nèi)齒圈的加工，刀具耐用度和機內(nèi)齒圈的加工，刀具耐用度和機床驅(qū)動力成為制約其有效加工的床驅(qū)動力成為制約其有效加工的條件。條件。（3）球形滾齒刀滾齒）球形滾

5、齒刀滾齒 滾切法是一種近年出現(xiàn)的加工內(nèi)齒滾切法是一種近年出現(xiàn)的加工內(nèi)齒輪的新方法，過去主要用于軟齒面齒輪輪的新方法，過去主要用于軟齒面齒輪的加工，滾切法是內(nèi)齒輪加工方法中最的加工，滾切法是內(nèi)齒輪加工方法中最容易實現(xiàn)的，但是球形滾齒刀加工制造容易實現(xiàn)的，但是球形滾齒刀加工制造及重磨的問題，限制了滾齒法高效、高及重磨的問題，限制了滾齒法高效、高精度的加工。精度的加工。（4）成形法磨齒）成形法磨齒 成型法磨齒是目前成型法磨齒是目前磨削大型硬齒面齒輪磨削大型硬齒面齒輪最常用的方法，此加最常用的方法，此加工方法由于對刀具形工方法由于對刀具形狀要求極為嚴格，并狀要求極為嚴格，并且但扔存在間歇分度且但扔存在

6、間歇分度積誤差大、反復嚙合積誤差大、反復嚙合易干涉、效率低等原易干涉、效率低等原理問題。理問題。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 現(xiàn)在尚沒有球形蝸桿砂輪內(nèi)齒圈磨齒機，現(xiàn)在尚沒有球形蝸桿砂輪內(nèi)齒圈磨齒機，目前國產(chǎn)的大型內(nèi)齒圈很多為軟齒面內(nèi)齒圈，目前國產(chǎn)的大型內(nèi)齒圈很多為軟齒面內(nèi)齒圈，生產(chǎn)硬齒面內(nèi)齒圈的磨齒設(shè)備被西方國家壟斷，生產(chǎn)硬齒面內(nèi)齒圈的磨齒設(shè)備被西方國家壟斷，中國目前如果想要生產(chǎn)大型硬齒面內(nèi)齒圈只能中國目前如果想要生產(chǎn)大型硬齒面內(nèi)齒圈只能依靠進口設(shè)備加工或者直接進口零件。本次設(shè)依靠進口設(shè)備加工或者直接進口零件。本次設(shè)計主要是想要彌補這方面的空白，自主設(shè)計出計主要是想要彌補這方面的空白，自主設(shè)計

7、出可以加工大型硬齒面內(nèi)齒圈的磨齒機。可以加工大型硬齒面內(nèi)齒圈的磨齒機。球形蝸桿砂輪球形蝸桿砂輪 球形蝸桿砂輪對內(nèi)球形蝸桿砂輪對內(nèi)齒輪的磨削來源于球形齒輪的磨削來源于球形蝸桿與內(nèi)齒輪的嚙合原蝸桿與內(nèi)齒輪的嚙合原理，以球形蝸桿為基礎(chǔ)理，以球形蝸桿為基礎(chǔ)研制的磨削刀具成為球研制的磨削刀具成為球形蝸桿砂輪。形蝸桿砂輪。二、研究的基本內(nèi)容，解決的主要問題二、研究的基本內(nèi)容，解決的主要問題 （1）以連續(xù)展成磨齒原理為基礎(chǔ)，研究新型球形蝸桿砂）以連續(xù)展成磨齒原理為基礎(chǔ)，研究新型球形蝸桿砂輪磨削內(nèi)齒的磨削工藝，使新機床結(jié)構(gòu)具備加工工藝所輪磨削內(nèi)齒的磨削工藝，使新機床結(jié)構(gòu)具備加工工藝所需的所有運動。需的所有運動

8、。（2）設(shè)計出一種磨削大型硬齒面內(nèi)齒圈的球形蝸桿砂輪）設(shè)計出一種磨削大型硬齒面內(nèi)齒圈的球形蝸桿砂輪磨齒機的結(jié)構(gòu)，所設(shè)計機床能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)分度展成磨削磨齒機的結(jié)構(gòu)，所設(shè)計機床能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)分度展成磨削大型硬齒面內(nèi)齒圈，并具有中等的加工精度。大型硬齒面內(nèi)齒圈，并具有中等的加工精度。（3）因為機床在磨削大型硬齒面內(nèi)齒圈時有高速運轉(zhuǎn)的）因為機床在磨削大型硬齒面內(nèi)齒圈時有高速運轉(zhuǎn)的需要，所以必須要解決機床各部分裝置的運動匹配問題，需要，所以必須要解決機床各部分裝置的運動匹配問題，并且保證機床工作臺和砂輪架的動態(tài)平衡。并且保證機床工作臺和砂輪架的動態(tài)平衡。 三、研究步驟、方法及措施三、研究步驟、方法及措施（1

9、）根據(jù)磨齒機的傳動原理，磨齒機在正常工作時，各部分之間運動平穩(wěn)）根據(jù)磨齒機的傳動原理，磨齒機在正常工作時，各部分之間運動平穩(wěn)可靠，不產(chǎn)生干涉?？煽?，不產(chǎn)生干涉。（2）由于磨齒機的主軸具有較高轉(zhuǎn)速，所以主運動和進給運動的速度匹配）由于磨齒機的主軸具有較高轉(zhuǎn)速，所以主運動和進給運動的速度匹配要精確，從而才能保證生產(chǎn)工件的精度要求。要精確，從而才能保證生產(chǎn)工件的精度要求。（3）由于磨齒機的結(jié)構(gòu)大，運動部件重，所以床身及部件的材料和結(jié)構(gòu)必）由于磨齒機的結(jié)構(gòu)大，運動部件重，所以床身及部件的材料和結(jié)構(gòu)必須達到足夠的剛度要求。須達到足夠的剛度要求。（4）根據(jù)磨削內(nèi)齒輪的磨削原理，機床的刀具必須采用球形或者橢

10、球形蝸）根據(jù)磨削內(nèi)齒輪的磨削原理，機床的刀具必須采用球形或者橢球形蝸桿砂輪，因此機床需要具備相應(yīng)的調(diào)整機構(gòu)，來滿足這種新型道具的安裝。桿砂輪，因此機床需要具備相應(yīng)的調(diào)整機構(gòu)，來滿足這種新型道具的安裝。（5）在進行機床結(jié)構(gòu)布置時，一定要保障機床的動平衡，能夠使機床在高）在進行機床結(jié)構(gòu)布置時，一定要保障機床的動平衡，能夠使機床在高速運轉(zhuǎn)工作時安全平穩(wěn)。速運轉(zhuǎn)工作時安全平穩(wěn)。（6）刀架主軸材料與軸承結(jié)構(gòu)必須使主軸的剛性得以保障，從而提高磨削）刀架主軸材料與軸承結(jié)構(gòu)必須使主軸的剛性得以保障，從而提高磨削時的精度與平穩(wěn)性。時的精度與平穩(wěn)性。 加工原理加工原理B11砂輪繞自身軸線旋轉(zhuǎn)運動砂輪繞自身軸線旋轉(zhuǎn)

11、運動 B13工作臺展成運動工作臺展成運動B12砂輪架旋轉(zhuǎn)運動砂輪架旋轉(zhuǎn)運動 B22工作臺附加運動工作臺附加運動A21砂輪架直線進給運動砂輪架直線進給運動 砂輪螺旋升角砂輪螺旋升角 工件螺旋角工件螺旋角 砂輪安裝角砂輪安裝角蝸桿砂輪數(shù)控磨齒機加工原理圖B22B12B13A21B11=-機械傳動原理圖機械傳動原理圖蝸桿砂輪數(shù)控磨齒機傳動原理圖2315合成144ix567if910iy131211A21B22B13B11 B12168117內(nèi)聯(lián)系傳動鏈砂輪內(nèi)聯(lián)系傳動鏈砂輪-2-3-合成機構(gòu)為展成運動鏈；合成機構(gòu)為展成運動鏈；內(nèi)聯(lián)系傳動鏈刀架絲杠內(nèi)聯(lián)系傳動鏈刀架絲杠-11-12-13-14-合成機構(gòu)合

12、成機構(gòu)為產(chǎn)生螺旋線的運動；為產(chǎn)生螺旋線的運動；工件，工件，8,7,9，,10,11為為減小工件轉(zhuǎn)速與砂輪架減小工件轉(zhuǎn)速與砂輪架移動速度對齒面磨削精移動速度對齒面磨削精度的影響。度的影響。伺服系統(tǒng)傳動示意圖伺服系統(tǒng)傳動示意圖A砂輪架軸砂輪架軸向進給機構(gòu)向進給機構(gòu) B-砂輪架徑向砂輪架徑向進給機構(gòu)進給機構(gòu) C-工作臺轉(zhuǎn)動工作臺轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu) D-主運動機構(gòu)主運動機構(gòu) E-砂輪架轉(zhuǎn)動砂輪架轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計初始參數(shù)初步計算初步計算1d通過普通蝸桿砂輪磨削齒輪可知，砂輪的線速度通過普通蝸桿砂輪磨削齒輪可知，砂輪的線速度約為約為35m/s，而球形蝸桿砂輪的直徑為，而球形蝸桿砂輪的直徑為350

13、-500mm，則工作臺轉(zhuǎn)速，則工作臺轉(zhuǎn)速其中其中 k-蝸桿砂輪頭數(shù)蝸桿砂輪頭數(shù) v-蝸桿砂輪轉(zhuǎn)速（蝸桿砂輪轉(zhuǎn)速（mm/s） m-工工件模數(shù)件模數(shù) -工件直徑（工件直徑（mm） -蝸桿砂輪直徑（蝸桿砂輪直徑（mm） v -主軸轉(zhuǎn)速（主軸轉(zhuǎn)速（r/min）2d由于缺乏設(shè)計依據(jù)，以立式車床為設(shè)計依據(jù)，立車的最大轉(zhuǎn)速在由于缺乏設(shè)計依據(jù)，以立式車床為設(shè)計依據(jù)，立車的最大轉(zhuǎn)速在40-60r/min,所以要設(shè)計一個新式結(jié)構(gòu)以滿足設(shè)計要求。所以要設(shè)計一個新式結(jié)構(gòu)以滿足設(shè)計要求。結(jié)構(gòu)總體布局方案結(jié)構(gòu)總體布局方案四、工作進度四、工作進度第一周至第四周，第一周至第四周，調(diào)研、查資料，方調(diào)研、查資料，方案設(shè)計，完成開題案設(shè)計，完成開題報告報告第九