Y3150E滾齒機(jī)滾齒刀架設(shè)計(jì)可編輯

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1、 目錄 摘 要 3 第一章 緒論 1 11滾齒機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)狀 1 12 滾齒機(jī)研制技術(shù)的發(fā)展趨勢 2 第二章 滾齒機(jī)總體設(shè)計(jì) 4 21滾齒機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 4 22 擬定傳動方案設(shè)計(jì) 4 23 確定詳細(xì)傳動方案 6 24 滾齒機(jī)各部件方案設(shè)計(jì) 7 com 床身設(shè)計(jì) 7 com 主傳動箱設(shè)計(jì) 7 com 刀架立柱設(shè)計(jì) 8 244 滾刀牙箱設(shè)計(jì) 8 245 工作臺設(shè)計(jì) 8 246 外支架設(shè)計(jì) 8 第三章 滾刀箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 31滾刀箱的特性 9 32滾刀箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 com 滾刀箱的功能結(jié)構(gòu)分析 9

2、com 滾刀箱的壁厚 9 33 滾刀箱的設(shè)計(jì)計(jì)算 10 com 斜齒輪的設(shè)計(jì) 10 com 滾刀心軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 第四章 刀架底座部件設(shè)計(jì) 17 41 工作要求 17 42竄刀運(yùn)動與工件軸旋轉(zhuǎn)的聯(lián)動關(guān)系 17 43刀架底座部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 18 44動力參數(shù)設(shè)計(jì) 18 com切削力的關(guān)系及坐標(biāo)變換 18 com 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 21 com 等效轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算 23 com 加速度扭矩的計(jì)算 24 45滾柱絲杠副支承設(shè)計(jì)技術(shù)研究 26 com 滾動軸承的選擇 26 com 支承形式設(shè)計(jì) 26 com預(yù)拉伸設(shè)計(jì) 27 46 滾刀軸部件鎖緊的實(shí)現(xiàn) 29

3、 第五章 滾刀箱形狀和尺寸的確定 33 第六章 結(jié)束語 34 參考文獻(xiàn) 35 致 謝 36 附 錄1 37 附 錄2 38 摘 要 齒輪加工正朝著環(huán)保高效高精度及無屑加工方向發(fā)展齒輪加工機(jī)床正朝著全數(shù)控功能復(fù)合柔性自動化安全性及網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展傳統(tǒng)機(jī)械式滾齒機(jī)傳動結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜傳動效率低傳動精度差磨損嚴(yán)重切削速度低在各方面都不能滿足現(xiàn)代滾齒機(jī)的性能要求普通全數(shù)控滾齒機(jī)雖然具有全數(shù)控化柔性好安全的特點(diǎn)但是機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的存在始終限制其加工速度的提升不能適應(yīng)干式切削的需要因此國外的部分廠家從最近幾年才開始研制零傳動齒輪加工機(jī)床零傳動滾齒機(jī)突破了傳統(tǒng)齒輪加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原

4、理采用電主軸和內(nèi)置力矩電機(jī)直接驅(qū)動滾刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和工件軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是齒輪機(jī)床設(shè)計(jì)技術(shù)的重大變革但國外零傳動機(jī)床的售價(jià)很高是一般數(shù)控機(jī)床的 2～3倍設(shè)計(jì)原理和技術(shù)資料嚴(yán)格保密形成了技術(shù)壟斷的局面 為了打破國外的技術(shù)壟斷盡快提高我國齒輪加工機(jī)床的設(shè)計(jì)制造水平研究和開發(fā)高速高精度零傳動滾齒機(jī)是十分必要的零傳動滾齒機(jī)的研制基于零傳動功能部件由電主軸直接驅(qū)動的零傳動刀架部件是研發(fā)的核心之一 我的課題主要內(nèi)容是滾齒機(jī)刀架系統(tǒng)設(shè)計(jì)滾刀箱固定在刀架滑板上滾刀心軸插入滾刀主軸并用拉緊螺栓固定在主軸上為了保證主軸與前軸承的適當(dāng)間隙前軸承是做成外錐并開口調(diào)整軸承上的兩個(gè)螺母可以使前軸承做軸向移動使前軸承孔收縮便可消

5、除主軸和軸承間過大的間隙 關(guān)鍵詞滾齒機(jī)刀架動靜態(tài)特性 ABSTRACT The gear processing is developed an environment protecting high-efficiencyhigh-precision and chipless machining mode meanwhile the gear machine tools developed the completely-digital-control function-complex flexible automatic secure and network mode Traditiona

6、l gear hobbing machine can not satisfy performance demand of modern gear hobbing machine because of its disadvantages such as complex drive structure low drive efficiency low drive precision bad abrasion low cutting speed and etc normal NC gear hobbing machine has characteristics of CNCgood flexible

7、 and safety but because the mechanical drive limit the cutting speed it also can not fit for the demand of dry cuttingso some overseas companies have started to study zero-chain gear hobbing machine zero-chain gear hobbing machine breaks through structure design principle of traditional gear cutti

8、ng machine in which motorized spindle and built-in torque motor have been applied to realize rotary of hobbing cutter and workpiece-shaftit is an important technological innovation of the design of gear machine tool But the foreign Nought-Drive machine tools are expensive 2-3 times as much as the co

9、mmon digital-control machine tool the design theory and the pertinent technical data are all kept absolutely secret that formed a situation of monopoly technology In order to break the technology monopoly and improve the level of designingmanufacturing rapidly in our countrys gear cutting machine

10、its very necessary to study and develop high-speed and high-precision direct drive gear hobbing machine one key of the research is the direct drive hobhead The topic main content of topic is hob-cutter frame design as well as the spindle assembly design Rob cutter frame is fixed on the slide of cut

11、ter rack the hob shaft is inserted into hob spindle and fixed with the draw-in bolt on the main axle In order to guarantee the spindle and the suitable front bearing gap the front bearing has the outer cone and the aperture Adjusting on the bearing two nuts it causes bearing movement along the front

12、 axle when motion and causes contraction of the front bearing hole then to be possible to eliminate the gap between the main axle and the bearing Key words Direct-drive Gear Hobbing Machine hobhead dynamic-static performance 第一章 緒論 11滾齒機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)狀 齒輪加工機(jī)床是一種技術(shù)含量高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)床系統(tǒng)由于齒輪使用的量大面廣齒輪加工機(jī)床已成為汽車

13、摩托車工程機(jī)械船舶等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備特別是隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展對齒輪的需求量日益增加對齒輪加工的效率質(zhì)量及加工成本的要求愈來愈高使齒輪加工機(jī)床在汽車摩托車等行業(yè)中占有越來越重要的作用滾齒機(jī)是齒輪加工機(jī)床中的一種其占齒輪加工機(jī)床擁有量的40～50它主要用來加工圓柱齒輪和蝸輪等 隨著重型車市場的高速擴(kuò)張和產(chǎn)銷量的迅速增長變速箱和齒輪制造行業(yè)的內(nèi)部競爭必將進(jìn)一步加劇為齒輪機(jī)床行業(yè)增加了良性發(fā)展的大好機(jī)會各生產(chǎn)廠商大規(guī)模技改投資齒輪加工機(jī)床 目前國際上生產(chǎn)滾齒機(jī)的強(qiáng)國美國德國和日本也是世界經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國和汽車生產(chǎn)大國美國Gleason-pfauter公司德國的Liebherr 公司日本的三菱重工公司堅(jiān)藤

14、清和公司和意大利的SU公司是國外最具實(shí)力的滾齒機(jī)制造商這些公司目前生產(chǎn)的滾齒機(jī)都是全數(shù)控式的中小規(guī)格滾齒機(jī)都在朝著高速方向發(fā)展所有高效機(jī)床均采用了全密封護(hù)罩加油霧分離器及磁力排屑器的方式部分地解決環(huán)保問題近年來為更好地滿足滾齒加工中的綠色制造德國Liebherr 公司早在十幾年前就開始研究高速干式切削滾齒機(jī)日本三菱重工則是最早將高速干式切削滾齒機(jī)商品化的制造商它們的成功還得益于滾刀制造技術(shù)的提高目前LiebherrGleason-pfauter三菱重工SU堅(jiān)藤和清和均開發(fā)了適用于高速干式切削的滾齒機(jī)產(chǎn)品在特別重視環(huán)保的世界著名齒輪制造商中如德國ZF公司美國Ford汽車公司等使用高速干式滾齒已成

15、為主流在我國上海汽車齒輪公司及陜西發(fā)士特公司也已開始采購三菱重工公司生產(chǎn)的干式切削滾齒機(jī) 近幾年我國在滾齒機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)方面研究的主要內(nèi)容經(jīng)歷了從傳統(tǒng)機(jī)械式滾齒機(jī)通過數(shù)控改造發(fā)展為2-3軸直線運(yùn)動軸實(shí)用型數(shù)控高效滾齒機(jī)到全新的六軸四聯(lián)動數(shù)控高速滾齒機(jī)的開發(fā)滾齒機(jī)加工鋼件全部采用濕式滾齒方式目前國內(nèi)主要滾齒機(jī)制造商重慶機(jī)床廠及南京二機(jī)床有限責(zé)任公司生產(chǎn)的系列數(shù)控高效滾齒機(jī)已采取全密封護(hù)罩加油霧分離器和磁力排屑器的方式部分地解決環(huán)保問題世界上滾齒機(jī)產(chǎn)量最大的制造商重慶機(jī)床廠從2001年開始研究面向綠色制造的高速干切滾齒技術(shù)2002年初研制成功既能干切又能濕切的YKS3112六軸四聯(lián)動數(shù)控高速滾齒機(jī)2

16、003年初又開始研制面向綠色制造的YE3116CNC7高速干式切削滾齒機(jī)即將進(jìn)入商品化階段 傳統(tǒng)滾齒機(jī)在加工過程中有以下特點(diǎn) 1 滾削齒輪時(shí)應(yīng)用切削液可提高刀具壽命改善加工表面質(zhì)量和利于排出切削熱而不致引起機(jī)床的熱變形但是在高速切削過程中切削液的飛濺和形成的油霧對生態(tài)環(huán)境和人類特別有害變質(zhì)切削液的排放也會嚴(yán)重污染環(huán)境 2 機(jī)床漏混油嚴(yán)重 3 加工成本高機(jī)床的材料用量能耗油耗及附加費(fèi)大濕式齒輪加工中消耗的切削液及切削液附加裝置的費(fèi)用占加工成本的20左右 4 生產(chǎn)效率低下加工質(zhì)量差難以滿足現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的要求 12 滾齒機(jī)研制技術(shù)的發(fā)展趨勢 ① 高速高效化[172434-35] 綜合上面的分

17、析比較我們可以看到具有國際先進(jìn)水平的滾齒機(jī)充分利用了高速切削的原理滾刀最高轉(zhuǎn)速均在3000rmin以上Liebherr的LC80立式滾齒機(jī)甚至達(dá)到了9000rmin[7]不僅提高了生產(chǎn)效率而且由于切屑帶走了90以上的切削熱既能保證工件的精度又省去了冷卻工件的切削液避免了環(huán)境污染 ② 全數(shù)控化[11-1824] 通過對機(jī)床各運(yùn)動軸的 CNC 控制及部分軸間的聯(lián)動可增加機(jī)床功能使?jié)L削小錐度及鼓形齒輪變得簡單可縮短傳動鏈提高各軸精度和重復(fù)定位精度可省去計(jì)算及更換分齒掛輪和差動掛輪進(jìn)給及主軸換檔時(shí)間從而減少輔助加工時(shí)間增加機(jī)床柔性由于機(jī)械結(jié)構(gòu)變得簡單可在設(shè)計(jì)時(shí)更有利于提高機(jī)床的剛性及把熱變形降到更

18、低各軸間沒有機(jī)械聯(lián)系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更加典型有利于實(shí)施模塊化設(shè)計(jì)及制造 ③ 零傳動化及高速干式切削[1733] 國外先進(jìn)滾齒機(jī)已經(jīng)廣泛采用了零傳動功能部件最常見的是刀架由電主軸直接驅(qū)動部分廠家工作臺由力矩電機(jī)直接驅(qū)動零傳動滾齒機(jī)滾刀軸速度一般在 3000 轉(zhuǎn)分以上能夠達(dá)到干式切削的速度要求實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的環(huán)?；墒角邢鳚L齒機(jī)使齒輪加工徹底擺脫了切削液從根本上解決了環(huán)境污染問題還能提高 2 倍以上的加工效率提高刀具 1～4 倍的壽命大大降低單件齒輪加工的成本 ④ 網(wǎng)絡(luò)化[17] 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展現(xiàn)在的高檔數(shù)控系統(tǒng)已具備通訊聯(lián)網(wǎng)的功能數(shù)控機(jī)床正朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和加工的功能減少

19、工人負(fù)擔(dān)提高加工效率 ⑤ 智能化[19] 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)控技術(shù)的發(fā)展智能技術(shù)也逐漸應(yīng)用于高性能數(shù)控齒輪機(jī)中具體表現(xiàn)在 1 完成加工質(zhì)量與加工過程智能控制根據(jù)對工件在線檢測的結(jié)果和實(shí)時(shí)采集的機(jī)床狀態(tài)預(yù)測工件的加工質(zhì)量并及時(shí)調(diào)整加工過程的工藝參數(shù)以保證機(jī)床的加工精度 2 智能診斷故障診斷的智能化表現(xiàn)在兩方面一方面是機(jī)床會對曾經(jīng)產(chǎn)生的故障作記錄當(dāng)下次碰到該故障時(shí)它會首先提示可能的原因另一方面現(xiàn)場信息經(jīng)過壓縮存貯在機(jī)床的黑匣子中一旦機(jī)床發(fā)生的故障超出其自身的診斷能力就可以通過 Internet 從網(wǎng)上專家系統(tǒng)獲得支持進(jìn)行交互式的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷 第二章 滾齒機(jī)總體設(shè)計(jì) 21滾齒機(jī)總體方

20、案設(shè)計(jì) 滾齒加工是依照交錯軸螺旋齒輪嚙合原理進(jìn)行的用齒輪滾刀加工的過程就相當(dāng)于一對螺旋齒輪嚙合的過程將其中的一個(gè)齒輪的齒數(shù)減少到一個(gè)或幾個(gè)螺旋角增大到很大呈螺桿狀再開槽并鏟背使其具有切削性能就成了齒輪滾刀機(jī)床使?jié)L刀和工件保持一對螺旋齒輪副嚙合關(guān)系作相關(guān)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)就可在工件上滾切出具有漸開線齒廓的齒槽滾齒時(shí)切出的齒廓是滾刀切削刃運(yùn)動軌跡的包絡(luò)線滾齒時(shí)齒廓的成形方法是展成法成形滾刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動組成的復(fù)合運(yùn)動就是展成運(yùn)動再加上滾刀沿工件軸線垂直方向的進(jìn)給運(yùn)動就可切出整個(gè)齒長 其設(shè)計(jì)依據(jù)如下 a 最大切削模數(shù)8mm b 銑削圓柱齒輪最大外徑500mm c 銑刀最大直徑160m

21、m d 銑刀最大垂直行程長度300mm e 滾刀轉(zhuǎn)數(shù)范圍40250rmin 22 擬定傳動方案設(shè)計(jì) 加工直齒圓柱齒輪時(shí)滾刀軸線與齒輪端面傾斜一個(gè)角度其值等于滾刀螺旋升角使?jié)L刀螺紋方向與被切齒輪齒向一致它需具有以下三條傳動鏈 a 主運(yùn)動傳動鏈電動機(jī)12iv34滾刀是一條外聯(lián)系得傳動鏈實(shí)現(xiàn)滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動其中iv為置換機(jī)構(gòu)用以變換滾刀的轉(zhuǎn)速 b 展成運(yùn)動傳動鏈滾刀45ix67工作臺是內(nèi)聯(lián)系傳動鏈實(shí)現(xiàn)漸開線齒廓的復(fù)合成形運(yùn)動對單頭滾刀而言滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)工件應(yīng)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒所以要求滾刀與工作臺之間必須保持嚴(yán)格的傳動比關(guān)系其中換置機(jī)構(gòu)為ix用于適應(yīng)工件齒數(shù)和滾刀頭數(shù)的變化其傳動比的要求很精確

22、由于工作臺的旋轉(zhuǎn)方向與滾刀螺旋角的旋向有關(guān)故在這條傳動鏈中還設(shè)有工作臺變向機(jī)構(gòu) c 軸向進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈工件78if910刀架升降絲杠是一條外傳動鏈實(shí)現(xiàn)齒寬方向直線形齒形的運(yùn)動其中換置機(jī)構(gòu)為if用于調(diào)整軸向進(jìn)給量的大小和方向以適應(yīng)不同加工表面粗糙度的要求軸向進(jìn)給運(yùn)動是一個(gè)獨(dú)立的簡單運(yùn)動作為外聯(lián)系傳動鏈它可以使用獨(dú)立的運(yùn)動源來驅(qū)動這里所以用工作臺作為間接運(yùn)動源是因?yàn)闈L齒時(shí)的進(jìn)給量通常以工件每轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)時(shí)刀架的位移量來計(jì)量且刀架運(yùn)動速度較低采用這種傳動方案不僅滿足了工藝上的需要還能簡化機(jī)床的結(jié)構(gòu) 圖2-1所示為滾切直齒圓柱齒輪齒輪的傳動原理圖 圖2-1 滾切直齒圓柱齒輪的傳動原理圖 斜齒圓柱齒

23、輪在齒長方向?yàn)橐粭l螺旋線為了形成螺旋線齒線在滾刀作軸向進(jìn)給運(yùn)動的同時(shí)工件還應(yīng)作附加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動B22簡稱附加運(yùn)動且這兩個(gè)運(yùn)動之間必須保持確定的關(guān)系滾刀移動一個(gè)螺旋線導(dǎo)程S時(shí)工件應(yīng)準(zhǔn)確地附加轉(zhuǎn)過1轉(zhuǎn)因此加工斜齒輪時(shí)的進(jìn)給運(yùn)動是一個(gè)螺旋運(yùn)動是一個(gè)復(fù)合運(yùn)動實(shí)現(xiàn)滾切斜齒輪所需成形運(yùn)動的傳動原理圖如圖2-2所示其中主運(yùn)動展成運(yùn)動以及軸向運(yùn)動傳動鏈與加工直齒輪時(shí)相同只是在刀架與工作臺之間增加了一條附加運(yùn)動鏈絲杠-12-13-iy-14-15-i合成-6-7-ix-8-9-工件 在保證刀架沿工作臺軸線方向移動一個(gè)螺旋導(dǎo)程s時(shí)工件附加轉(zhuǎn)過1轉(zhuǎn)形成螺旋線齒線 圖2-2 滾切斜齒圓柱齒輪的傳動原理圖 23 確定

24、詳細(xì)傳動方案 本次所設(shè)計(jì)的Y3150E型滾齒機(jī)它主要用于加工直齒和斜齒圓柱齒輪也可用于手動徑向進(jìn)給加工蝸輪因此傳動系統(tǒng)中共有6條傳動鏈它們分別是主運(yùn)動鏈展成運(yùn)動鏈軸向進(jìn)給運(yùn)動鏈附加運(yùn)動鏈工作臺的水平送進(jìn)運(yùn)動鏈和快速移動刀架的運(yùn)動鏈 其主要四條傳動鏈的表達(dá)式如下 a．主運(yùn)動電動機(jī) → 滾刀 主電動機(jī) →帶輪→→→ → → → → → 滾刀 b．展成運(yùn)動滾刀 → 工作臺 滾刀 → → → → → → 合成機(jī)構(gòu) → → → → 工作臺 c．進(jìn)給運(yùn)動工作臺 → 刀架 工作臺 → → → → → →u進(jìn)→ → 刀架 d．附加運(yùn)動刀架 → 工作臺 刀架→

25、 → → → → → →u合→→ux →→工件 Y3150E型機(jī)床的傳動系統(tǒng)圖如圖2-3所示 圖2-3 Y3150E型機(jī)床的傳動系統(tǒng)圖 24 滾齒機(jī)各部件方案設(shè)計(jì) com 床身設(shè)計(jì) 床身為箱型結(jié)構(gòu)與底座鑄成一個(gè)整體左上部是方形導(dǎo)軌安放工作臺右上部固定刀架立柱床身內(nèi)部安裝有差動機(jī)構(gòu)床身后端連出分齒掛輪架背面為主傳動箱主電動機(jī)及冷卻電動機(jī)都裝在床身上方形導(dǎo)軌中間裝一絲杠作移動工作臺之用在分度掛輪架處的手柄供銑正齒輪或斜齒輪時(shí)操縱使用 com 主傳動箱設(shè)計(jì) 主傳動箱緊固在床身的背面其內(nèi)裝有主傳動進(jìn)給差動機(jī)構(gòu)機(jī)件主傳動進(jìn)給與差動掛輪架均在其中主傳動箱的第一根軸的端部連接葉片泵主

26、電動機(jī)開動后葉片泵被帶動輸出油供給機(jī)床各部位自動潤滑點(diǎn)的潤滑油及刀架立柱的液壓缸壓力油 com 刀架立柱設(shè)計(jì) 刀架立柱緊固在床身上方其中有主傳動的花鍵軸傘齒輪和垂直進(jìn)給絲桿另外還有平衡刀架滑板的液壓油缸刀架滑板置于V型導(dǎo)軌上前面是操縱板電氣按鈕另裝有手柄供手動升降刀架滑板之用手搖升降刀架時(shí)先將手柄搬至開位置將給合子脫開使搖動輕便 244 滾刀牙箱設(shè)計(jì) 滾刀牙箱固定在刀架滑板上滾刀主軸孔為莫氏5號錐度滾刀心軸插入此孔用拉緊螺栓將心軸固牢拉緊在主軸上為了保證主軸與前軸承的適當(dāng)間隙將前軸承做成外錐并開口調(diào)整軸承上的兩個(gè)螺母可以使前軸承座軸向移動使前軸承孔收縮便可消除主軸與軸承間過大的間隙

27、后軸承可與主軸一起沿著軸線移動40毫米以便在滾刀工作部分磨鈍時(shí)把鋒利的部分移到切削部分來工作移動后軸承是利用與后軸承相連的鉗在滾刀牙箱殼體上的調(diào)整緊鎖螺栓進(jìn)行的因?yàn)檠老渖咸籽b后軸承的孔是開口的調(diào)整時(shí)應(yīng)首先將拉緊開口的鎖緊螺栓松開調(diào)整好后并把它擰緊松開壓緊螺釘搖動手柄可以使?jié)L刀牙箱轉(zhuǎn)動一定角度 245 工作臺設(shè)計(jì) 工作臺為箱形裝在床身的方形導(dǎo)軌上工作臺殼體以其環(huán)形表面支承工作臺并以其錐孔來定工作臺中心分度蝸輪與工作臺殼體連在一起分度蝸桿與工作臺座連在一起內(nèi)殼體油室可提供潤滑油潤滑分度蝸輪副 246 外支架設(shè)計(jì) 外支架固定在工作臺殼體上它上面有燕尾形導(dǎo)軌支承工件心軸的支臂可沿導(dǎo)軌移動支臂上

28、有一專用手柄供支臂夾緊在支架上之用當(dāng)使用外支架時(shí)最大加工直徑為450毫米超過450毫米就應(yīng)取下外支架才可以加工 第三章 滾刀箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31滾刀箱的特性 圖3－1 滾刀箱箱體圖 32滾刀箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 滾刀箱的結(jié)構(gòu)形狀主要取決于其功能要求以及箱體在床身上的安裝連接要求滾刀箱首先應(yīng)該滿足運(yùn)動方面的要求如滾刀箱的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)等此外還要求具有較高的傳動效率保證傳動件具有足夠的強(qiáng)度或剛度降低噪音提高抗振性和耐磨性操作方便并有良好的工藝性便于檢修成本較低防塵防漏外形美觀等 圖3－1為滾刀箱的結(jié)構(gòu)示意圖 com 滾刀箱的功能結(jié)構(gòu)分析 滾刀箱內(nèi)裝有傳動軸和齒輪滾刀箱的絕大多數(shù)傳動軸上都裝有滾動

29、軸承傳動軸的軸承以圓錐滾子軸承為主因?yàn)閳A錐滾子軸承價(jià)格較低噪音和發(fā)熱量較小且裝配方便承載能力較大還可以承載部分軸向力 滾刀箱作為滾齒機(jī)的重要組成部分要求傳動精確并且工作穩(wěn)定滾刀箱為箱形裝在刀架立柱上的滾刀滑板上由刀架立柱的絲杠來調(diào)節(jié)滾刀箱的運(yùn)動滾刀心軸上裝有齒輪滾刀由滾刀的旋轉(zhuǎn)與垂直運(yùn)動來切削工件而滾刀箱通過螺栓固定在刀架立柱上并由刀架立柱的錐齒輪通過主運(yùn)動傳動鏈傳遞過來的力來驅(qū)動滾刀心軸的運(yùn)動 com 滾刀箱的壁厚 壁厚的大小取決產(chǎn)品需要承受的外力是否作為其他零件的支撐承接數(shù)量伸出部的多少以及選用的材料而定一般的從經(jīng)濟(jì)角度來看過厚的產(chǎn)品不但增加物料成本延長生產(chǎn)冷卻時(shí)間增加生產(chǎn)成本從產(chǎn)品

30、設(shè)計(jì)角度來看過增加產(chǎn)生空穴氣孔的可能性大大削弱產(chǎn)品的剛性及強(qiáng)度最理想的壁厚分布是在任何一個(gè)地方都是均一的但為滿足功能上的需求以致壁厚有所改變總是無可避免的在此情形的地方應(yīng)盡可能滑太突然的壁厚轉(zhuǎn)變會導(dǎo)致和產(chǎn)生不穩(wěn)定問題壁厚均一的在轉(zhuǎn)角的地方也同樣需要通常會導(dǎo)致部件有缺陷及應(yīng)力集中應(yīng)力集中的地方會在受負(fù)載或撞擊的時(shí)候破裂較大的圓角提供了這種缺點(diǎn)的解決方法減低應(yīng)力集中的建議的最小圓角半徑是厚的25適當(dāng)半徑能明顯減應(yīng)力 確定公式中的各參數(shù)值取載荷系數(shù) K 193 60已知滾刀的最低轉(zhuǎn)數(shù)為475rmin則 傳動效率為 大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 則 傳動比為

31、大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 查圖69得 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 考慮到工作條件工作環(huán)境以及總體設(shè)計(jì)取齒輪壽命為十年每年300個(gè)工作日每個(gè)工作日安8個(gè)小時(shí)計(jì)算得 式中 齒輪的 親由于某些原因沒有上傳完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)完整的應(yīng)包括畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書相關(guān)圖紙CADPROE中英文文獻(xiàn)及翻譯等此文檔也稍微刪除了一部分內(nèi)容目錄及某些關(guān)鍵內(nèi)容如需要的朋友請聯(lián)系我的叩扣2215891151數(shù)萬篇現(xiàn)成設(shè)計(jì)及另有的高端團(tuán)隊(duì)絕對可滿足您的需要 此處刪除XXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXX約5000字需完整說明書聯(lián)系Q2215891

32、151 在進(jìn)行滾齒機(jī)刀架部件的設(shè)計(jì)時(shí)刀架與工件軸的干涉是必須考慮的問題刀架部件的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)非常緊湊刀架底座的尺寸特別是其在滾齒機(jī)的軸向進(jìn)給方向的尺寸對干涉的影響是很大的過大的刀架底座尺寸會導(dǎo)致工件軸懸伸量過大降低工件軸的剛度同時(shí)限制了刀架的安裝角旋轉(zhuǎn)范圍降低工件的加工范圍使?jié)L齒機(jī)的性能受到很大的影響因此采用伺服電機(jī)直連絲杠的傳動方案結(jié)構(gòu)緊湊能最大可能地壓縮刀架底座部件的尺寸導(dǎo)軌選用窄形圓柱滾子導(dǎo)軌既能良好地承受沖擊載荷保證足夠的剛度又能控制在滾齒機(jī)軸向進(jìn)給方向的尺寸采用 INA 公司的鎖緊單元將滾刀軸部件的切向運(yùn)動置于鎖緊狀態(tài)或者在連續(xù)竄刀時(shí)給予一定的摩擦力增加阻尼減弱其振動 44動

33、力參數(shù)設(shè)計(jì) com切削力的關(guān)系及坐標(biāo)變換 由于滾齒過程復(fù)雜分析切削力時(shí)需要建立一個(gè)與工件坐標(biāo)軸重合的機(jī)床坐標(biāo)系0 x y z和一個(gè)滾刀坐標(biāo)系0 x y z如圖41所示可見 y 軸與 y軸重合將機(jī)床坐標(biāo)系繞 y 軸轉(zhuǎn)動ω就能得到滾刀坐標(biāo)系 ω ＝β＋λ 式中 ω滾刀安裝角 β工件螺旋角 λ滾刀螺旋升角 圖41 切削力的分解 眾多切削力研究者都是在滾刀坐標(biāo)系中測量各切削分力的我國學(xué)者陳鼎昌在滾刀坐標(biāo)系中得到下列結(jié)果見圖41 Pt滾刀切向分力由實(shí)測扭矩得出 Pr徑向分力Pr＝03 Pt Py水平分力逆銑時(shí)順銑時(shí) Px滾刀軸向分力

34、 要計(jì)算 Y 軸電機(jī)功率必須求出機(jī)床坐標(biāo)系中的 Px －作用于工件的切向分力Py－作用于工件的徑向分力 Pz－作用于工件的軸向分力因此必須進(jìn)行坐標(biāo)變換首先在滾刀坐標(biāo)系中確定 Pt 與 y軸的夾角如圖32所示在逆銑時(shí)當(dāng)時(shí) 則 則 當(dāng)時(shí)同樣可算出θ≈81由此可見逆銑時(shí)刀齒從切入到切出的過程中由于 Py的幅值在交替變化使 Pt 力的方向也發(fā)生變化為簡化計(jì)算規(guī)定θ＝65在順銑時(shí)按照同樣的方法可算出θ＝119 圖42 切削力的分解 下面進(jìn)行坐標(biāo)變換如圖 41 所示首先將 PxPtPr 繞 x軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ角再繞 y 軸旋轉(zhuǎn)ω角求得機(jī)床坐標(biāo)

35、系中的分力 PxPyPz 代入數(shù)值得出 PxPyPz 與 Pt 的關(guān)系如下表 逆銑 θ 65 順銑 θ＝119 β 0 30 45 0 30 45 Px 009Pt 06Pt 079Pt 009Pt 045Pt 058Pt Py 015Pt 015Pt 015Pt -074Pt -074Pt -074Pt Pz 104Pt 085Pt 067Pt 073Pt 058Pt 045Pt 根據(jù)上表以及第 com 節(jié)的計(jì)算可知課題設(shè)計(jì)的零傳動臥式數(shù)控滾齒機(jī)在最危險(xiǎn)情況下的切向力 Py＝079Pt＝429N徑向力 Px＝074Pt＝402N com 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 ① 負(fù)

36、載轉(zhuǎn)矩的種類 零傳動滾齒機(jī)刀架底座部件系統(tǒng)具有三種性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩和動態(tài)轉(zhuǎn)矩慣性轉(zhuǎn)矩其中慣性轉(zhuǎn)矩為 43 負(fù)載轉(zhuǎn)矩根據(jù)其特性可分為工作負(fù)載摩擦轉(zhuǎn)矩和制動轉(zhuǎn)矩零傳動滾齒機(jī)刀架底座部件驅(qū)動系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩有下面幾種 1 滾刀軸承受的軸向切削力 2 滾刀軸承受的徑向力和滾動導(dǎo)軌的預(yù)壓力引起的摩擦力 3 滾刀軸部件的重力 ② 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 選取最危險(xiǎn)的情況即當(dāng)滾齒機(jī)逆銑直齒輪并且由下往上竄刀時(shí)的情況進(jìn)行計(jì)算此時(shí)電機(jī)的負(fù)載力為 F Py W＋μ fg Px 44 式中 Py滾刀軸承受的軸向力 Px滾刀軸承受的徑向力 WB 軸部

37、件的重量 Fg導(dǎo)軌預(yù)壓力 μ滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù) 此時(shí)加在電機(jī)軸上的負(fù)載力為 45 式中 加在電機(jī)軸上得扭矩負(fù)載 F沿著軸向移動活動部分所需要的力 L絲杠導(dǎo)程 滾珠絲桿或軸承加載在電機(jī)軸上的磨擦扭矩在需要輸入時(shí) η驅(qū)動系統(tǒng)效率 ③ 案例計(jì)算 題設(shè)計(jì)的臥式數(shù)控滾齒機(jī)滾刀軸部件重量 W＝1280Ncom了最危險(xiǎn)條件下的切削力各分量Px＝402N Py＝429N選取 INA 公司RUE 系列窄形圓柱滾子導(dǎo)軌的導(dǎo)軌類型查得 fg＝01134000＝13400N滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)取 0005代入式 44 得 F＝1755N設(shè)機(jī)械效率為 09查閱相應(yīng)技術(shù)資料 Tf＝010

38、017＝027Nm代入式45得Tm＝144Nm com 等效轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算 ① 計(jì)算方法 工作臺換算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為 46 式中 W直線移動部件的重量kg L絲杠導(dǎo)程cm 若絲杠轉(zhuǎn)動慣量為 JS則電機(jī)軸轉(zhuǎn)動慣量為 47 絲杠轉(zhuǎn)動慣量一般可由生產(chǎn)商的技術(shù)手冊上查得精確的數(shù)值若不能查得可由下式求得 48 式中 ρ 絲杠材料密度 D1絲杠外徑 D2絲杠內(nèi)徑 l絲杠長度 ② 案例計(jì)算 課題設(shè)計(jì)的臥式數(shù)控滾齒機(jī)滾刀軸部件重量 W 為 1280N選取的 Y 軸絲杠導(dǎo)程為 5mm根據(jù)技術(shù)手冊查得選擇的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量為

39、0000028815將數(shù)據(jù)代入式46和式47得絲杠軸轉(zhuǎn)動慣量 com 加速度扭矩的計(jì)算 ① 計(jì)算方法 圖43 49 410 式中 Ta加速度扭矩 Vm快速進(jìn)給時(shí)的電機(jī)速度 Ta加速時(shí)間 JM電機(jī)慣量 JL負(fù)載慣量 Vr加速度扭矩開始減少的點(diǎn) Ks伺服位置閉環(huán)增益 Η機(jī)床效率 ② 案例計(jì)算 課題設(shè)計(jì)的臥式數(shù)控滾齒機(jī)刀架底座部件設(shè)定的進(jìn)給加速度為 1g最大轉(zhuǎn)速為 2000rmin機(jī)床效率為 09代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 45滾柱絲杠副支承設(shè)計(jì)技術(shù)研究 com 滾動軸承的選擇 滾齒機(jī)的 Y 軸進(jìn)給系

40、統(tǒng)是一種高精度高剛度的滾珠絲杠副因此必須重視滾珠絲杠支承的設(shè)計(jì)滾珠絲杠主要承受軸向載荷其軸向精度和剛度要求較高進(jìn)給系統(tǒng)要求運(yùn)動靈活對微小位移絲杠微小轉(zhuǎn)角響應(yīng)要靈敏因此軸承的摩擦力矩應(yīng)該盡量小滾珠絲杠轉(zhuǎn)速不高且高轉(zhuǎn)速時(shí)間很短因而發(fā)熱不是主要問題為此應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高軸向剛度高摩擦力矩小的滾動軸承 目前各制造商均生產(chǎn)有機(jī)床用接觸角為 60的滾珠絲杠專用推力角接觸球軸承是零傳動滾齒機(jī)刀架底座部件絲杠支承的最好選擇 com 支承形式設(shè)計(jì) 滾珠絲杠根據(jù)不同的應(yīng)用場合一般有四種典型的支承形式即 ① 一端固定一端自由它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單但是剛度臨界轉(zhuǎn)速和壓桿穩(wěn)定性低 ② 一端固定一端游動它的特點(diǎn)是壓桿

41、穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的一端固定一端自由的支撐形式要高絲杠有熱膨脹的余地但是剛度沒有明顯改善 ③ 兩端簡支它可以進(jìn)行預(yù)拉伸但剛度不高 ④ 兩端固定它的剛度很高只要軸承無間隙絲杠軸向剛度為一端固定的4 倍絲杠一般不會受壓無壓桿穩(wěn)定問題固有頻率比一端固定要高可以進(jìn)行預(yù)拉伸但是兩端固定的支承方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜工藝?yán)щy成本比較高 Y 軸精度要求很高它的誤差會 11 完全地反映到工件上需要非常好的剛度和位移精度顯然應(yīng)該選擇兩端固定的方式前后軸承組均采用背靠背的組合方式 com預(yù)拉伸設(shè)計(jì) ① 預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及預(yù)拉伸力的確定 由于刀架和工件軸易干涉的原因刀架底座部件的設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)非常緊湊并且滾齒機(jī)的

42、刀架部件工作環(huán)境惡劣無論干切還是濕切都會產(chǎn)生切屑或者冷卻液的飛濺為了保證 Y軸精度必須采取措施提高絲杠系統(tǒng)的剛度以及消除熱位移對其進(jìn)行預(yù)拉伸絲杠的預(yù)拉伸量一般為絲杠溫度上升 2～3 度的熱位移量其大小可以用以下公式算出 mm 418 式中熱位移量 ρ 熱膨脹系數(shù) θ 絲杠平均溫度上升值 L絲杠長度 典型的絲杠預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)如圖 46 所示通過擰緊螺母 2 來拉動絲杠通過調(diào)整螺母1的位置來設(shè)定預(yù)拉伸量 需要注意的是這種預(yù)拉伸絲杠的方式同時(shí)也對軸承進(jìn)行了預(yù)緊若絲杠螺母系統(tǒng)的剛度很大要產(chǎn)生預(yù)定的預(yù)拉伸變形預(yù)拉伸力有可能會超過軸承能夠承受的靜載荷極限或者絲杠

43、許用軸向負(fù)載造成軸承或絲杠的損壞因此需要進(jìn)行驗(yàn)算 預(yù)拉伸力 F 等于絲杠系統(tǒng)的剛度 Ke與變形量δ的乘積因此必須對絲杠系統(tǒng)的剛度進(jìn)行計(jì)算對于兩端固定的支承方式系統(tǒng)剛度計(jì)算公式為 圖46 絲桿預(yù)拉伸結(jié)構(gòu) 419 式中 KB軸承接觸剛度 KS絲杠本身拉壓剛度 KC螺母剛度 KH螺母座剛度 軸承接觸剛度絲杠拉壓剛度螺母剛度均可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)手冊查得螺母座剛度可用有限元方法進(jìn)行計(jì)算近似計(jì)算中一般取 KH＝1000Nμm ② 絲杠許用負(fù)荷驗(yàn)算 絲杠許用軸向負(fù)荷 Fk表現(xiàn)的是絲杠系統(tǒng)的穩(wěn)定性它取決于

44、絲杠的直徑 螺紋內(nèi)徑 d2mm安裝形式和未受支撐的長度 Lkmm計(jì)算公式是 420 式中 fk為與支承形式相關(guān)的系數(shù)在兩端均由雙聯(lián)背靠背角接觸球軸承支撐的情況下 fk取值為 406 46 滾刀軸部件鎖緊的實(shí)現(xiàn) 采用滾珠絲杠副作為傳動元件具有傳動效率高運(yùn)動平穩(wěn)定位精度和重復(fù)精度高同步性好可靠穩(wěn)定等等優(yōu)點(diǎn)但是它不能自鎖滾齒機(jī)刀架部件是一個(gè)典型的垂直升降機(jī)構(gòu)因此必須附加自鎖或者制動的裝置通常選用的電機(jī)帶有制動裝置可以拉住滾刀軸部件但是由于絲杠系統(tǒng)裝配時(shí)產(chǎn)生的微小間隙或者某個(gè)環(huán)節(jié)剛度不夠強(qiáng)等原因制動裝置無法完全抵消振動載荷的影響此時(shí)滾刀軸部件可能在 Y 軸方向產(chǎn)生微小的位移振動力很小

45、但是必須采取措施加以消除以保證加工精度 傳統(tǒng)滾齒機(jī)由于不實(shí)行連續(xù)竄刀它的竄刀機(jī)構(gòu)采用滑動導(dǎo)軌消除振動的措施是在刀架拖板的邊緣的多處地方通過螺釘和碟形彈簧以特制的活塞為中間環(huán)節(jié)將滾刀軸部件壓死在滑動導(dǎo)軌上靠摩擦力防止其在竄刀方向上的振動如圖 47 所示需要竄刀的時(shí)候通過輸入液壓油將活塞頂起解除壓力這種機(jī)構(gòu)雖然比較經(jīng)濟(jì)但結(jié)構(gòu)復(fù)雜裝配困難并且只適用于摩擦系數(shù)比較大的滑動導(dǎo)軌對于摩擦系數(shù)僅為滑動導(dǎo)軌二十分之一左右的滾動導(dǎo)軌來說顯然是不合適的 圖47 傳統(tǒng)滾齒機(jī)防振動裝置 零傳動滾齒機(jī)采用專用鎖緊單元實(shí)現(xiàn)滾刀軸部件在竄刀方向的鎖定該產(chǎn)品外形如圖 48 所示

46、圖48 德國 INA 公司 RUKS 鎖緊單元 向鎖緊單元通以液壓油內(nèi)部的金屬管就會膨脹緊緊的抱住導(dǎo)軌鎖緊單元的產(chǎn)生的抱緊力可以查看圖 49 圖49 鎖緊單元的抱緊力 采用鎖緊單元為滾齒機(jī)刀架部件的設(shè)計(jì)帶來了非常大的好處首先它的體積小從外觀看就相當(dāng)于一個(gè)滑塊與碟簧機(jī)構(gòu)相比可以大大減小刀架部件的橫向尺寸避免與工件軸部件的干涉其次它與滾刀軸部件的連接方式與滑塊完全一樣不僅安裝方便而且剛性非常高當(dāng)其通過液壓力抱住導(dǎo)軌后就提高了整個(gè)刀架部件的剛性再次根據(jù)圖 46若在連續(xù)竄刀的過程中通以低壓油產(chǎn)生較小的摩擦力則可以增加絲杠系統(tǒng)的阻尼減弱其振動 第五章 滾刀箱形狀和尺寸的確定

47、根據(jù)前面所計(jì)算出的軸選定的軸承尺寸以及滿足功能美觀實(shí)用等特點(diǎn)確定滾刀箱的形狀尺寸為下圖圖d所示 圖d 第六章 結(jié)束語 所設(shè)計(jì)的機(jī)床為Y3150E系列普通型滾齒機(jī)機(jī)床單件小批成批柱齒 為期三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束回顧整個(gè)過程我覺得收獲很大畢業(yè)設(shè)計(jì)是檢查學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是對學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)能力的一次考驗(yàn)通過理論與實(shí)踐相結(jié)合找出了我在設(shè)計(jì)中的不足之處和能力欠缺之處加深了我對所學(xué)理論知識的理解和掌握強(qiáng)化了畢業(yè)設(shè)計(jì)中的感性認(rèn)識提高了獨(dú)立創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力通過深入實(shí)踐我體會到理論聯(lián)系實(shí)際的必要性認(rèn)識到在學(xué)校學(xué)過的許多知識與解決實(shí)際生產(chǎn)問題還有很大

48、的差距而縮短差距的方法只有到實(shí)踐中去只有到實(shí)踐中去才能真正的鍛煉自己向生產(chǎn)實(shí)踐學(xué)習(xí)了解與課題有關(guān)的生產(chǎn)線設(shè)備工藝等實(shí)際知識使我對機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識有了更深一層的了解 參考文獻(xiàn) [1] 吳宗澤 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊北京高等教育出版社2006 [2] 晏初宏 金屬切削機(jī)床北京機(jī)械工業(yè)出版社2007 [3] 李洪實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊 [4] 濮良貴 機(jī)械設(shè)計(jì)西安高等教育出版社2005 [5] 吳良 機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊上海上海科學(xué)技術(shù)出版社1979 [6] com天津大學(xué)出版社2003 [7] 趙汝嘉機(jī)械設(shè)計(jì)手冊軟件版機(jī)械工業(yè)出版社2003 [8] 成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊化學(xué)工業(yè)出版社 2004

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50、助同時(shí)還得到了其他老師和同組同學(xué)們的幫助也在此深表謝意 附 錄1 序號 圖 名 圖 號 圖幅 張數(shù) 1 滾齒機(jī)刀架裝配圖 　　　gcj-dj-01 A0 1 2 刀架體 　　 gcj-dj-02 A1 1 3 圓錐齒輪 　　　　　 gcj-dj-03 A4　　　 1 4 軸vii gcj-dj-04 A2

51、 1 5 直齒圓柱齒輪-20 gcj-dj-05 A4 1 6 直齒圓柱齒輪-80 gcj-dj-06 A4 1 7 花鍵套筒 gcj-dj-07 A4 1 8 主軸 gcj-dj-08 A4 1 9 軸承座 gcj-dj-09 A4 1

52、 10 滾刀桿 gcj-dj-10 A2 1 附 錄2 齒輪整合的相關(guān)不確定性應(yīng)用 事實(shí)上相關(guān)的不確定性的特點(diǎn)是預(yù)期的功能和特性可能不完全相關(guān) 這種不確定性特征的規(guī)范了表達(dá)中的歧義 并且計(jì)量學(xué)家所考慮的測量不確定性能很好用GUM來表述測量的不確定性包括所有用來衡量的檢驗(yàn)結(jié)果的質(zhì)量變化的原因 計(jì)量學(xué)家的標(biāo)準(zhǔn)和研究活動更多的集中在測量不確定度Srinivassan說相關(guān)的不確定性尤其是一個(gè)未知的領(lǐng)域不會告訴我們是如何找到標(biāo)準(zhǔn)的本文提出了一種形式來表達(dá)和評估相關(guān)的不確定性并闡述齒輪合格的評定 闡述齒輪的不確定

53、性 這部分重點(diǎn)闡述在AGMA 2009-B01中定義的螺距誤差Guenther提出了一種新的計(jì)量方法 可以用下面的例子來解釋不確定性的規(guī)范AGMA 2009-B01是這樣表述的單一螺距的變化螺距變化的總和是根據(jù)公差直徑的測量指數(shù)變化來確定的相對于齒輪基準(zhǔn)軸線旋轉(zhuǎn)直徑公差與旋轉(zhuǎn)平面相切直徑公差DT是平均直徑是圓錐與轉(zhuǎn)動深度相交中點(diǎn)的距離此外Rm是從節(jié)錐頂點(diǎn)到中心面的寬度但它沒有解釋如何獲取中心面寬度的中間點(diǎn)齒是隨機(jī)選擇的是所有的齒平均數(shù)面的中心寬度是如何計(jì)算的所以計(jì)量的方法是否適合在這種情況下是不明確的規(guī)范但它規(guī)范了這種不確定性 相關(guān)的不確定性預(yù)期的功能和特性可能與實(shí)際特征不完全一致以齒輪

54、為例傳輸錯誤車輪轉(zhuǎn)動的瞬時(shí)角度的理論和實(shí)際之間的差異的幾何結(jié)構(gòu)影響的偏差例如螺距誤差會導(dǎo)致下一步的傳輸錯誤[如圖3] 在實(shí)際中設(shè)計(jì)者限制螺距誤差的目的是為了限制傳輸誤差事實(shí)上即使一個(gè)齒輪的速率相對變化很微小的其引起加速度也不可忽略而且必須避免角速度的變化從而降低水平噪聲和振動不幸的是傳輸誤差與特定的幾何特征如螺距誤差偏轉(zhuǎn)形式偏差等之間沒有明確的關(guān)系在這種情況下存在傳輸錯誤或運(yùn)動特性之間的偏差的相關(guān)不確定性 3 相關(guān)不確度的規(guī)范化 在GUM中測量的不確定性是一個(gè)可計(jì)算的數(shù)可根據(jù)其的概率分布特征來測量在擬定的規(guī)范中相關(guān)不確定性是可計(jì)算的數(shù)字CU采取的是置信區(qū)間的概率分布特征的預(yù)期功能并指定特

55、性之間關(guān)系的知識 為了規(guī)范相關(guān)不確定性這是有必要確定預(yù)期的功能和產(chǎn)品的規(guī)定的特性之間的關(guān)系的相關(guān)性眾所周知SUH公理化設(shè)計(jì)矩陣的技術(shù)可用來處理這些關(guān)系 事實(shí)上人們可以正式使用SUH的設(shè)計(jì)矩陣來表達(dá)FRS的功能要求和設(shè)計(jì)參數(shù)DPS之間的關(guān)系 這些關(guān)系可以用數(shù)學(xué)中的矩陣方程的相關(guān)性來表示 其 FR 是一個(gè)獨(dú)立需求功能的向量 DP 是一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)的向量表示的靈敏系數(shù) 公理設(shè)計(jì)中功能需求FRS的定義根據(jù)一個(gè)完全獨(dú)立需求的特點(diǎn)在產(chǎn)品的功能域中作為功能需求的最小集合一個(gè)功能需求是根據(jù)其標(biāo)稱值的允許變化或所需的精度設(shè)計(jì)范圍所有可能的值或概率密度函數(shù)值的選擇系統(tǒng)以滿足功能需求被稱為系統(tǒng)的范圍功能需求

56、只要在設(shè)計(jì)范圍和系統(tǒng)范圍內(nèi)就是合格的有且公有一個(gè)共同的區(qū)域或范圍當(dāng)系統(tǒng)范圍不完全包含設(shè)計(jì)范圍可能不會滿足特定不確定性的功能需求 在產(chǎn)品合格評定和相關(guān)的不確定性的背景下功能需求FRS即是預(yù)期的功能設(shè)計(jì)參數(shù)DPS是指定或測量的特征第一種方法是采用正式間隔矩陣來規(guī)范每個(gè)組件的相關(guān)不確定性CUij是Bij模型的系數(shù)Bij是相關(guān)不確定性的置信區(qū)間 其中表示一個(gè)獨(dú)立的預(yù)定功能的向量 SC P表示指定的特征向量是靈敏度系數(shù)數(shù)學(xué)矩陣B代表和之間的線性關(guān)系這種線性化的關(guān)系引入一種誤差 第二種方法是規(guī)范測量指定的功能和預(yù)期的功能之間的相關(guān)性被測的指期的功能并沒有通過直接測量獲得而是通過估計(jì)的預(yù)期功能來獲得

57、它是由指定特性的功能SC1SC2 SCN的關(guān)系決定的 其中表示一個(gè)獨(dú)立的被測量的預(yù)定功能的載體 SC 表示指定的特征向量函數(shù)f表示的不是一個(gè)單獨(dú)的物理定律但功能鏈 如果沒有相關(guān)不確定性一種產(chǎn)品合格評定是比較麻煩的如果預(yù)期的功能與被測值相關(guān)性用于定于功能需求則采用一致性就足夠了然后預(yù)定的功能與其被測量量之間的相關(guān)性可以用數(shù)學(xué)式來表示簡化的標(biāo)識矩陣為 在現(xiàn)實(shí)中被測量的預(yù)定功能始終受相關(guān)不確定性影響因此他們沒有預(yù)期的功能的完美圖像預(yù)期的功能與其被測量值之間的關(guān)系可以用數(shù)學(xué)中的矩陣方程來表示 相關(guān)的不確定性是仿照一個(gè)區(qū)間或一個(gè)矩陣的每個(gè)組件的概率分布CUij表示Cij相關(guān)系數(shù)的置信區(qū)間它表示模型

58、Cij相關(guān)不確定性 如果測量結(jié)果是接近的規(guī)格限制而且Cij的相關(guān)系數(shù)小于1則存在拒絕一個(gè)好產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)如果Cij的相關(guān)系數(shù)大于1存在接受不良產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)此外相關(guān)的不確定性范圍的增加這與檢測區(qū)的一致性與非一致性均不相符 這第二個(gè)方法可以模擬線性非預(yù)期的功能和指定的特性之間相互關(guān)聯(lián)的不確定性 蒙特卡羅方法MCM一種用評價(jià)不確定性的完美工具不受任何限制既不是對模型的形式也不輸出值的數(shù)量 MCM和軟件建模與仿真功能鏈的規(guī)范用于計(jì)算相關(guān)不確定性 因此根據(jù)這個(gè)方案的途徑和測量不確定度傳播的經(jīng)典方法能夠一致評定它是可能計(jì)算的正確或錯誤的決定圖1下部 闡述齒輪相關(guān)不確定性的評估 為了說明相關(guān)的不確定性

59、影響的合格評定對比4種規(guī)格型號以錐齒輪為例螺距角誤差可以定義每個(gè)側(cè)面兩點(diǎn)之間或兩個(gè)擬合特征點(diǎn)每個(gè)側(cè)面其使用標(biāo)準(zhǔn)最小的面積最小或最大值切比雪夫的定義[10]兩個(gè)預(yù)期的功能和兩個(gè)指定的特性應(yīng)當(dāng)考慮 IFFi0傳輸誤差的最大范圍 IFfi0齒與齒傳輸誤差的最大范圍 SCcpe累積角螺距誤差 SCPE角螺距誤差 圖4顯示了整個(gè)相關(guān)的不確定性評價(jià)方法 1在第一步中將會產(chǎn)生隨機(jī)偏差替換幾何圖形替換模型是一個(gè)真正的齒輪的輪廓它的幾何圖形可解析為一種多項(xiàng)式曲面平滑的Bezier曲面 2執(zhí)行一種替代模型的虛擬采集每個(gè)Bezier曲面離散成一系列等距點(diǎn) 3執(zhí)行第2步中獲得的一系列點(diǎn)組成的虛擬積

60、分計(jì)量學(xué)過程估計(jì)每個(gè)配件標(biāo)準(zhǔn)的螺距誤差根據(jù)計(jì)量學(xué)創(chuàng)建一個(gè)數(shù)學(xué)模型 2和4使用齒面接觸分析法TCA來模擬嚙合過程和估計(jì)引起的傳輸錯誤[8] 3和5評價(jià)運(yùn)動學(xué)特征 可用蒙特卡洛步驟6模擬重現(xiàn)1至5的所有步驟并得到由一組特征組成的研究標(biāo)準(zhǔn)在研究報(bào)告中所提到的三種質(zhì)量等級的齒輪已通過測試107和4對于每一類已生成和模擬100種幾何結(jié)構(gòu)對于每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)及每個(gè)類計(jì)算其所有研究的運(yùn)動學(xué)特征 因此獲得了預(yù)期的功能和預(yù)期的功能相關(guān)的被測量值對于每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和每個(gè)預(yù)期的功能下面的關(guān)系和數(shù)量可用于計(jì)算第7步 預(yù)期功能和預(yù)期功能的被測量值之間的線性回歸線性回歸方程表示了其相關(guān)性的趨勢估計(jì)線性回歸斜率的置信區(qū)間在調(diào)

61、查研究后可以申明在一個(gè)區(qū)間內(nèi)的暴露值允許5％的風(fēng)險(xiǎn)它能夠估計(jì)相關(guān)不確定性 線性相關(guān)系數(shù)R提供相關(guān)的質(zhì)量信息 下面的公式顯示在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所獲得ISO 10級7級及在4個(gè)齒輪上執(zhí)行的成果 點(diǎn) 最小的面積 輸出信號的最小或最大值 切比雪夫 切比雪夫準(zhǔn)則提供了有關(guān)功能方面最好的相關(guān)性相關(guān)性最差的一個(gè)點(diǎn)也適合最小二乘準(zhǔn)則接近一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的相關(guān)性而且在切比雪夫準(zhǔn)則后提供第二個(gè)最好的最大最小值標(biāo)準(zhǔn) 的相關(guān)系數(shù)較小事實(shí)上這個(gè)預(yù)期功能取決于螺距誤差和齒輪側(cè)面的形式偏差但是評估相關(guān)的不確定性不考慮形式的偏差作為指定的特征 5 結(jié)論 本文基于一種成熟和綜合功能規(guī)范驗(yàn)證的角度而提出的方法產(chǎn)品合格評定過程

62、中作出的決定不僅影響測量的不確定性而且影響相關(guān)不確定性和規(guī)范不確定性基于公理化設(shè)計(jì)矩陣這種相關(guān)不確定性的規(guī)范化方法可在預(yù)期的功能和特性之間可以模擬它們線性或非線性的關(guān)系為了說明規(guī)范化方法的效率已經(jīng)完成對比不同接頭標(biāo)準(zhǔn)的螺距誤差的定義不確定性的整體視角可以選擇最好的規(guī)格型號合格的決策從而降低測量不確定性和相關(guān)不確定性的累積效應(yīng) 參考文獻(xiàn) [1] Kunzmann H Pfeifer T Schmitt R Schwenke H Weckenmann A 2005 Productive MetrologyAdding Value to Manufacture Keynote Paper CI

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