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大型数控成形磨齿机A轴传动系统设计

大型数控成形磨齿机A轴传动系统设计

本次毕业设计设计了大型数控成形磨齿机 A 轴传动系统。该传动系统主要由伺服电机,阿尔法减速器,蜗轮蜗杆组成。设计综合了前人设计经验与查阅书籍等资料,做出了初步的 A 轴传动系统整体设计,本设计在对 A 轴传动系统的传动路线,传动方式,和工作原理进行

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  • 详细描述

    大型数控成形磨齿机A轴传动系统设计
    摘 要
    成形磨齿是实现高精度硬齿面齿轮加工的主要方法,数控成形磨齿机不仅可以实现内外、直斜齿轮的高精度、高效率加工,而且适合磨削较大模数的齿轮加工,因此对数控成形齿轮机的原理的理解及其传动系统的熟悉非常重要。
    本次毕业设计,主要是针对数控磨齿机床的 A 进给轴进行设计,主要有:(1)大型数控成型磨齿机 A 轴传动设计的原理分析;(2)A 轴传动系统动力源的选择和计算,再考虑其经济适用性;(3)A 轴传动系统进给部件的选用和计算;(4)A 轴传动系统支承部件的相关设计及分析。
    本次毕业设计来源于客观的实际的实际需求,可综合运用在校学习的基础理论和专业知识、全面训练在校学生的机械设计与分析能力,增强学生的自我设计,独立完成一项任务的能力,独立思考的能力。
    关键词:磨齿机 A 轴传动系统 三维建模 蜗轮蜗杆
     
    Abstract
    Gear grinding is the main method to achieve high precision machining of hardened gears, gear grinding machine can not only achieve high precision, and NC forming, straight bevel gear machining, gear machining and grinding for large modulus, so the CNC forming principle of gear machine understanding and familiar with drive system is very important.
    This graduation design is mainly A axis CNC grinding machine tool for the design, mainly include: (1) analysis of the principle of gear machine shaft A transmission design of large CNC grinding; (2) A selection and calculation of transmission shaft of power source, taking into account its economic applicability;
    (3) selection and calculation of the A shaft driving system of feed components; (4) the design and analysis of A transmission shaft supporting components.
    The actual needs of the graduation design comes from the objective reality, the integrated use of the basic theory and professional knowledge in school, mechanical design and analysis of students training in comprehensive ability, enhance students' ability of self design, accomplish a task independently, the ability of independent thinking.
    Keywords: Gear grinding machine A axis drive system 3D modeling worm gear.

    课题依据
    成形磨齿是实现高精度硬齿面齿轮加工的主要方法,数控成形磨齿机不仅可以实现内外、直斜齿轮的高精度、高效率加工,而且能够磨削任意廓形和实现齿面拓扑修形,适合磨削较大模数的齿轮加工。本课题设计依据为某公司的大型数控成形磨齿机床,该设计要求在掌握数控磨齿工作原理的基础上,综合运用所学专业知识,采用二维绘图软件、三维建模软件和 CAE 仿真分析软件,独立完成磨齿机 A 轴传动系统设计、关键零部件和详细设计计算、装配图和零件图的绘制、三维 CAD 建模、虚拟装配、干涉检查和仿真运动等。
    本次毕业设计来源于企业的实际需求,可综合运用基础理论和专业知识、全面训练学生的机械设计与分析能力,为学生走上工作岗位打下良好的基础。

    任务要求:
    数控成形磨齿机设计参数:机床尺寸(长×宽×高):6000×6000 ×4000,回转工作台直径:800mm,工作台最大承重:10000kg,X 轴最大行程:2000mm,Y 轴最大行程:400mm,Z 轴最大行程:1000mm, W 轴最大行程:260mm,X/Y/Z 轴最大冲程速度:4000mm/min,磨头主轴转速:3000rpm,砂轮直径:270-400mm,金刚轮直径:400mm,齿轮螺旋角:±45°,齿轮类型:内/外齿,直径最大模数 30mm。根据以上主要设计参数完成大型数控成形磨齿机床的设计过程,具体目标及任务如下:
    1. 结合设计课题进行文献检索,撰写 3000 字左右的专题综述报告 1 篇; 
    2. 完成 1000 字左右的调研报告 1 篇;
    3. 完成 1~2 篇的专业外文资料翻译,字数不得少于 5000 字;
    4. 完成开题报告,4000 字左右;
    5. 成形磨齿机 A 轴传动系统工作原理分析及总体方案拟定;
    6. 绘制设计结构总装配图及部件装配图;
    7. 绘制关键零件图;
    8. A 轴传动系统结构建模、虚拟装配、干涉检查;
    9. 完成设计说明书(1 万字以上)。

    第 1 章 绪论..................................................................................................... 1
    1.1 引言...................................................................................................................... 1
    1.2 国内外研究现状.................................................................................................. 1
    1.2.1 成形磨齿工艺........................................................................................ 1
    1.2.2 大型磨齿机发展概述........................................................................... 2
    第 2 章 成形磨 A 轴传动系统方案设计...................................................... 3
    2.1 成形法与展成法磨齿的区别......................................................................... 3
    2.2 A 轴传动系统工作的原理.............................................................................. 3
    2.3 A 轴传动系统主要的组成部分...................................................................... 4
    第 3 章 A 轴传动系统总体结构设计......................................................... 6
    3.1 系统主要参数及要求...................................................................................... 6
    3.1.1 系统主要参数...................................................................................... 6
    3.1.2 基本要求.............................................................................................. 6
    3.2 确定传动方案................................................................................................... 6
    3.2.1   传动方案应满足的要求..................................................................... 6
    3.2.2   传动方案及其分析............................................................................. 7
    3.3 伺服电机的简介.............................................................................................. 7
    3.4 电机的选择及基础数据的计算..................................................................... 8
    3.4.1 转速计算.............................................................................................. 9
    3.4.2   伺服电机的选择............................................................................... 10
    第 4 章 主要零部件的设计....................................................................... 11
    4.1 蜗轮及蜗杆的选用与校核.............................................................................. 11
    4.1.1   选择蜗杆传动类型........................................................................... 11
    4.1.2 选择材料............................................................................................ 12
    4.1.3   按齿面接触疲劳强度设计.............................................................. 12
    4.2 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 ........................................................15
    4.2.1 蜗杆设计............................................................................................ 15
    4.2.2 蜗轮计算............................................................................................ 16
    4.2.3   校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度.......................................................... 16
    4.3 蜗杆轴的校核................................................................................................. 17
    4.3.1 计算齿轮受力.................................................................................... 17
    4.3.2   计算轴承的支反力........................................................................... 19
    4.3.3   画出水平面弯矩 M H  图和垂直面弯矩 MV 图.............................. 20
    4.3.4 合成弯矩图........................................................................................ 20
    4.3.5 画出轴的转矩 T 图:....................................................................... 20
    4.3.6   画出当量弯矩图............................................................................... 20
    4.3.7   选择轴的材料,确定需用应力...................................................... 21
    4.3.8 校核轴的强度.................................................................................... 21
    4.3.9   结论:小齿轮轴的强度校核足够安全......................................... 21
    4.4 轴承的选用....................................................................................................... 21
    4.4.1 轴承的类型........................................................................................ 21
    4.4.2   轴承的游隙及轴上零件的调配...................................................... 21
    4.4.3   滚动轴承的配合............................................................................... 21
    4.4.4   滚动轴承的润滑............................................................................... 21
    4.4.5   滚动轴承的密封装置....................................................................... 22
    4.4.6   滚动轴承的寿命计算....................................................................... 22
    第五章 CAE 分析......................................................................................... 24
    5.1 蜗杆的有限元分析........................................................................................ 24
    5.1.1 建立三维模型.................................................................................... 24
    5.1.2 新建仿真+指派材料+3D 四面体后激活仿真............................... 24
    5.1.3   载荷类型-力...................................................................................... 25
    5.1.4   约束类型-固定约束(两端面)................................................... 25
    5.1.5 求解..................................................................................................... 25
    5.1.6 分析结果............................................................................................ 25
    5.2 主要零部件的三维建模............................................................................... 26
    5.2.1 拖板..................................................................................................... 26
    5.2.3. 蜗杆................................................................................................... 27
    5.2.4. A 轴芯轴........................................................................................... 27
    5.3   虚拟装配......................................................................................................... 27
    5.3.1.装配 A 轴芯轴及其他......................................................................... 27
    5.3.2. 装配蜗轮.......................................................................................... 28
    5.3.3 装配蜗杆............................................................................................ 28
    5.3.4 装配完成:........................................................................................ 29
    5.3.5 结论..................................................................................................... 29
    论.............................................................................................................. 30
    谢.............................................................................................................. 31
    参考文献......................................................................................................... 32

    第 1 章 绪论
    1.1  引言
    磨齿技术随着科技的发展而发展,磨削工艺在齿轮精加工中面应用的更加普遍,磨齿机受到运输业、航空业、发电设备等行业的高度重视。齿轮磨削加工是磨削技术最高的技术规格,对机床和砂轮各项要求高,不仅要精确的按要求加工出齿轮的外形,而且不能造成齿轮的损伤并达到齿轮的各项不同的要求。经过这几十年的发展,磨齿机已从以往的作用单一化演变到作用多样化,品种多样化发展,从老式的机械加工演变成采用数字化的磨齿机,制造各种符合性能的砂轮的材料也是多样化,成形法和展成法是现在比较运用的比较多的制造方法,其中前者是把砂轮修成需加工齿轮的形状来磨削工件构成所需的齿形,后者则以内联系的方式来约束砂轮和按照设计的啮合运动在待加工件上加工出齿形。因此成形法相比较于展成法,让机床结构变得更加实用,不仅效率高,而且还具有精度高和低成本等优点。随着对成形齿轮磨床的研究愈来愈多,而且伴随着数控技术的应用,磨齿方法愈来愈成熟,所以磨齿技术收到了更多的重视,随之形成更多的对于磨齿机的研究,就国内的发展而言,以秦川机床集团有限公司为代表的新一代生产商,其生产的各类型机床性能接近于国外的机床,性价比是其最大的特点,国内外也是好评不断。
    1.2 国内外研究现状
     1.2.1 成形磨齿工艺
    齿轮从产生就发挥着不可磨灭的作用。然而由于齿轮间差异,造成了各式各样的问题。关于现代如何对于齿轮进行制造,与工艺方法和加工设备的发展有着紧密的联系。科学技术的日益更新,自然的齿轮也就日益的可以被满足。滚齿、插齿、磨齿等方法是以往实用的制造方法,而最优异的则是效率加工精度的二者间的双赢。展成法和成形法现在是主流的加工方法。相比较于展成法,成形法机床的优点则更加的明显。采用成形法的数控砂轮磨齿机大小批量均可生产,满足了市场的需求和得到了市场的广泛认可;代表的有德国 Kapp(如图
    1.1)和德国霍夫曼公司的 RAPID3000 数控成形砂轮磨齿机(图 2.2)。

    1.2.2 大型磨齿机发展概述
    在一百多年的发展历史中,大平面加工的方法是最早被使用的。随着后来的发展,锥形等设备石油欧美国家最早提出的,如双碟形砂轮磨齿机的发现,又进一步推动者磨齿机的发展。此后,各种各样的磨齿机的被发明,再一次对磨削效率产生了极大的影响。后来又产生了数控齿轮加工工艺等技术。早期的代表产品是欧宝,但其采用老式的修整器,存在着巨大的缺陷 。再配合以其他的各种软件,能满足各种各样的需求,它的最大优点则是操作简单等其他的优点。因为成形磨齿这些的优点,西方国家十分的重视磨齿机的各项指标的发展。目前,许多国家也十分重视磨齿机的各项投入,也由此使其得到了巨大的发展。因此大型磨齿机应运而生,它不但基友普通磨齿机的特点,而且,效率也得到了巨大的提高。如 ZP20 型磨齿机等。而我国始于模仿,在初期只有基础零件自己生产,而其他部分如主轴等重要部件均依赖于进口,那时研制的磨齿机相比较于外国存在着较大的差距。经过了数代人的艰苦奋斗,无数的人的无私奉献,投入了大量的人力物力,终于产生了以秦川机床为首的主要企业,其生产的机床可基本满足我国在各方面领域的需求。比如秦川的 YE7232 型磨齿机为例,吸收了国外的磨齿机的优点,改善了自身的各项缺点;而该型机床也大致满足了国内的市场需求,大规格齿轮加工则是其最早研究的方向。如今,随着科学技术的发展,成形磨齿机则会称为主流的磨齿机类型,而其研制的方向也必将更加的智能化,数字化。


    本次毕业设计设计了大型数控成形磨齿机 A 轴传动系统。该传动系统主要由伺服电机,阿尔法减速器,蜗轮蜗杆组成。
    设计综合了前人设计经验与查阅书籍等资料,做出了初步的 A 轴传动系统整体设计,本设计在对 A 轴传动系统的传动路线,传动方式,和工作原理进行分析过后,主要从 A 轴传动系统各种工作参数的选择,传动轴的尺寸确定,电动机的选择、蜗轮蜗杆等方面进行研究。随后对 A 轴传动系统的传动部分,传动方式和一些关键部件进行了设计及校核。并对其绘制了 CAD 图纸和进行了三围的建模及相关的有限元分析。
    本次毕业设计虽然取得了一些成果,但仍然存在不足之处,比如 A 轴传动系统的安装部分,强度校核也不够到位,不同零件间的配合精度也不高等问题还须带解决。


    参考文献
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