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1、济南大学毕业设计目 录摘 要IABSTRACTII1 前言11.1国际研究现状11.2我国研究现状12选题意义22.1刻线机简介22.2刻线机的发展意义23方案确定33.1设计内容研究33.2预期研究结果33.3设计方案确定34动力参数计算64.1电机的选用64.1.1选择电动机的类型64.1.2选择电动机的功率64.1.3选用电机的转速74.2轴的参数设计84.2.1各轴转速的计算84.2.2各轴功率的计算84.2.3各轴转矩的计算84.2.4估算轴的最小直径94.3齿轮的参数计算94.3.1按齿面接触疲劳强度设计。94.3.2确定主要参数，计算主要几何尺寸。104.4蜗轮蜗杆的参数计算11
2、4.4.1确定齿数Z。114.4.2确定蜗杆传递的转矩124.4.3确定模数m和蜗杆分度圆直径。124.4.4计算主要几何尺寸125结构设计135.1轴的结构设计135.1.1齿轮轴的结构设计135.1.2动力输出轴的结构设计145.1.3梅花轮轴的结构设计155.2齿轮的结构设计165.2.1斜齿轮设计165.2.2直尺齿轮结构设计185.3蜗轮蜗杆的结构设计185.4梅花轮的结构设计205.5拨叉的结构设计225.6刀头夹具的结构设计225.7滑枕的结构设计.236润滑和密封246.1齿轮的润滑.246.2蜗轮蜗杆的润滑.246.3轴承的润滑.246.4密封.247结论.25参 考 文 献
3、26致 谢27- 28 -1 前言近年来，随着科技的迅猛发展，各种行业对仪表的需求量也随之增加，包括指示仪表、测量仪表、显示仪表等。随着仪表的需求量的增多，仪表刻线机的需求量也在不断增加，这对仪表刻线机的设计及生产行业也起到了极大地推动作用。因此本次设计就针对仪表刻线机的主轴箱进行研究设计。主要对其工作原理及工作流程进行研究，工作的重点在于研究控制刀具不同的工作行程。1.1国际研究现状专用机床是一种专门适用于特定零件和特定工序加工的机床，而且往往是组成自动生产线式生产制造系统中，不可取少的机床品种。由于专业机床是一种“量体裁衣”产品，具有高效自动化的优点，是大批量生产企业的理想装备。随着制造技
4、术的进步，专业机床的发展也很快，专用机床在生产实践中占有一定的比重。据有关资料介绍，日本2001年专用机床产值的比达到8.8%；我国台湾省这一数字达到6.9%；而我国内陆仅为0.67%。所以，在当前产品机构调整中，发展专用机床是行业发展中的一个值得注意的问题。仪表刻线机作为专用机床的一种也是近几年的新兴产品，在专用机床领域也占有一定比例，也是国际机床产业的重要组成部分。它的产生与发展也对专用机床领域有着举足轻重的影响。仪表刻线机近几年的发展相当迅速，尤其是欧美大陆的普及发展速度相当之快。并且经历的几代的更新，由最初的纯机械刻线发展至激光刻线乃至物理化学方法刻线等几代刻线机产品。1.2我国研究现
5、状目前我国正处于工业化中期，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，汽车、钢铁、建材、机械、电子等行业发展势头强劲，构成了对机床市场尤其是专用机床的巨大需求。我国的专用机床出现较欧美地区相对晚些，发展也较缓慢，然而，近年来国家不断组织科技攻关使得我国的专用机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。近年来我国专用机床行业承担为国家重点工程和国防军工建设提供高水平设备任务。仪表刻线机作为专用机床的一种，在我国的发展也相当迅速，为我国的汽车及航天的仪表制造提供了巨大帮助。仪表刻线机也从机械刻线发展至激光刻线。但是机械刻线仍然占有相当的比例
6、,是仪表刻线机的主流。2选题意义2.1刻线机简介刻线机是用刀刻或光刻方法在工件表面上加工等分刻度的机床。刻线机分为长刻线机和圆刻线机两大类，并且每类都有普通精度和高精度两种。其中高精度刻线机对使用环境有特殊要求，必须安装在恒温（200.050.5)室内，并且采取防振、防尘等措施。长刻线机是用来刻划有一定距离精度要求的平行刻度的，内部装有用来预调所需刻划刻度数的计数器，以及校正由导轨、丝杆等其他原因引起的误差的校正装置等。它是由高精度丝杠控制分度，常用于刻制各种线纹尺、光栅尺、感应同步器及游标卡尺等。圆刻线机是用于在圆柱面、圆锥面或圆形平面上刻划有一定圆分度精度要求的线纹刻度的刻线机。普通圆刻线
7、机用于刻制一般分度盘，精度为1。高精度圆刻线机用于刻制各种光学回转工作台、光学分度头和经纬仪的分度盘等，还可以刻制圆感应同步器、圆光栅盘和码盘等，分度精度为0.22。普通圆刻线机大多用阿基米德蜗杆蜗轮副控制分度，蜗轮连同工作台安装在高精度主轴上；高精度圆刻线机一般采用特高精度的球面蜗杆蜗轮副，主轴采用带锥度的滑动轴承，精度要求极高。2.2刻线机的发展意义 刻线机的出现为仪表盘的刻度提供了极大的方便，使刻度更加精确，行成了批量生产，提高了生产效率。并且大大提高了刻度的效率与精度。为仪表制造行业提供了巨大的动力。起到了推动其发展的作用。由此可见刻线机在仪表行业的作用举足轻重。随着科学技术的发展，有
8、的刻线机上采用了光栅或激光作为位置反馈元件并且采用光刻代替机械刻划，可在工作台移动的情况下完成动态刻线，刻线精度大大提高。因此选择对刻线机的研究是顺应时代发展的潮流的，是满足工业发展需求的，也是当今机床研究的热门项目。所以本设计着力研究刻线机主轴箱内部结构，分析其工作原理。3方案确定3.1设计内容研究针对某一种设备上使用的刻度盘，设计一种专用刻度机，完成对刻度盘的刻度加工，本设计要求完成刻线机运动传递部分-动力箱的结构设计。设计内容包括:(1)动力箱总体方案的设计；(2)动力参数的计算；(3)动力箱的结构设计；(4)主要零部件的强度、刚度的校核。动力箱要完成两部分内容:(1)要为刀具提供切削动
9、力，并且控制刀具行程。(2)要配合工作台完成旋转运动。3.2预期研究结果(1)设计的刻线机主轴箱要配合其他部分完成对工件的加工。所需加工的刻度盘零件为圆盘形，圆盘直径为120mm，每转过1度实现一条刻线的刻度，刻线速度控制在6.8 m/min，刻线深度为1mm，刻线长度不一，前四条线为短刻线，随后为一中长刻线，再四条短刻线，第十条为一长刻线，长度分别为6mm，10mm，14mm，每十条线为一循环。动力箱的设计应能满足这一循环动作的要求。(2)设计的刻线机主轴箱要结构紧凑，功能完善。设计的刻线机主轴箱要能完成预期工作要求，能保证对刀具的长短行程的控制，并且使主轴箱内部结构简单可行，还要保证强度要
10、求。在此基础上还要给工作台提供旋转动力，并且达到精度要求。3.3设计方案确定（一）总体结构简图1：电机 2：梅花轮 3：弹簧 4：带动工作台的偏心轮 5：刀具 6：工作台图1 刻线机总体结构简图（二）工作原理如图1所示刻线机工作中主要的6部分内容。电动机1给刻线机提供主动力，经过联轴器、蜗轮蜗杆、齿轮等其他传动机构将动力分成两部分：其一将一部分动力通过蜗轮传动、齿轮传动传给梅花轮2，由梅花轮拨动拨叉，将动力传给拨叉，再由拨叉将动力传给滑枕以带动刀杆来完成刀具的工作行程。但是刀具的回程由弹簧3完成。梅花轮在刀具的回程中不起主要作用。其二将另一部分动力传给偏心轮4，由偏心轮将动力传给连杆，再由连杆
11、将动力传给带动工作台旋转的棘轮从而带动工作台的旋转运动，来完成分度功能。如此就完成刻线机的主要工作流程。（三）主要机构 所需要加工的工件上应该有四条短刻度线然后一条中长刻度线然后又有四条短刻度线最后一条特长刻度线，如此循环。因此刀具要完成四个短行程而后一个中行程然后又四个短行程最后一个长行程，这一整个工作流程都由梅花轮完成。因此梅花轮是刻线机主轴箱的主要部分，是完成设计的关键部分。可以将梅花轮设计成一个由十齿齿轮演变而来的凸轮，如图2所示。其中两齿长度与其他八齿不同，特长齿演变的凸轮外廓较大，中长齿演变的外廓次之，其他八齿演变的凸轮外廓形状一样并且最短，这样就能完成刀具不同的特殊长度的工作行程
12、, 达到预期的工作目的。图2 梅花轮结构简图4动力参数计算4.1电机的选用4.1.1选择电动机的类型由于刻线机没有特殊的工作环境要求，所以可以选择常用的Y系列三相异步电动机。Y系列电动机电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点，B级绝缘，工作环境境温度不超过+40度，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000m，额定电压380V，频率50Hz。适用于无特殊要求的机械上。因此刻线机可选用Y系列电动机。4.1.2选择电动机的功率为工作机实际需要的电动机输出功率，KW为工作机需要的输入功率，KW为电动机至工作机之间传动装置的总效率lF为工作
13、机的阻力，NV为工作机的线速度，m/s为工作机的效率取工作台消耗功率KW计算总效率联轴器效率取蜗轮蜗杆效率取滚动轴承效率取齿轮传动效率取滑动摩擦效率取4.1.3选用电机的转速可以推算电动机转速的可选范围单机圆柱齿轮传动传动比范围蜗轮蜗杆传动传动比范围取导杆长度350mm，将转轴安排在据滑枕150mm处。取梅花轮半径100mm所以根据功率及转速选取电机型号为Y100L-2,额定功率为3KW，满载转速为2870r/min。所以总传动比各级传动比4.2轴的参数设计4.2.1各轴转速的计算为齿轮轴转速，为蜗轮轴的转速，为第二轴的转速，为第三轴的转速。以下类同。4.2.2各轴功率的计算4.2.3各轴转矩的计算4.2.4估算轴的最小直径经查表结合联轴器的直径系列取经查表结合轴的直径系列取经查表结合轴的直径系列取由于轴端要接轴承，考虑轴承孔径系列取4.3齿轮的参数计算4.3.1按齿面接触疲劳强度设计。本传动为闭式传动，软齿面，因此主要失效形式为疲劳点蚀，应根据齿面接触疲劳强度设计。(1)载荷系数K。圆周速度不大，精度不高，齿轮关于轴承对称布置，查表取k=1.2.(2)转矩 (3)接触疲劳许用应力查图表得：接触疲劳寿命系数：按工作十年，一年300工作日，单班每天8小时计算，由公式得查图得按一般可靠性要求，取
