本科毕业设计论文QKA1212数控管螺纹车床主轴箱中齿轮的设计.docx
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本科毕业设计论文QKA1212数控管螺纹车床主轴箱中齿轮的设计
本科毕业设计论文QKA1212数控管螺纹车床主轴箱中齿轮的设计
ANYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY
本科毕业论文
QKA1212数控管螺纹车床主轴箱
中齿轮的设计一
QKA1212CNClathespindleboxofthread
inthedesignofgearⅠ
系（院）名称：
机械工程系
专业班级：
学生姓名：
指导教师姓名：
指导教师职称：
2008年5月
QKA1212数控管螺纹车床主轴箱中齿轮的设计
专业班级：
班学生姓名：
指导教师：
职称：
工程师
摘要近年来，随着国内各种类型机床改造需求的扩大，机床改造已经逐渐形成了一个产业，其中绝大部分是数控机床的改造，我们毕业设计组选择了QKA1212数控管螺纹车床。
材料、热处理方式、精度等级选择强度条件初步计算出齿轮的分度圆直径或模数，计算出齿轮的主要几何尺寸并设计齿轮结构，并绘制出零件工作图。
关键词数控机床数控管螺纹车床QKA1212numericalcontrolpipethreadlatheheadstockintermediategear'sdesign
AbstractInrecentyears,transformedthedemandalongwiththedomesticvarioustypesmoldingmachinebedtheexpansion,theenginebedtransformsgraduallyhadalreadyformedanindustry,themajorpartwasnumerically-controlledmachinetool'stransformation,wegraduatedthedesignteamtochoosetheQKA1212numericalcontrolpipethreadlatheheadstockintermediategear'sdesigntotakeourgraduationprojectthetopic.
Designgoal:
Enhancesenginebed'sautomaticity,raisestheenginebedproductivityandtheprocessingendproductuniformity,reducestheoperatorlaborintensity,reducestheenginebedtotheoperatorlevelofexpertiserequest.Hasreflectedanationalmachineryandtheelectronicsindustryleveltakethenumerically-controlledmachinetoolasrepresentative'snumericalcontrolequipment'sproductionandtheapplicationlevel.Itspromotedapplicationtoraisesthelaborproductivityandtheproductquality,changesourcountrytechniqueofmanufacturebackwardconditiontoplaythegreatimportancetherole.
ThisdoesabouttheQKA1212numericalcontrolpipethreadlathemaintankdesign,thekeyelaborationgeardrivematerial,theheattreatmentway,precisionclass'schoice,howaccordingtotheintensityconditionpreliminarycalculationgear'spitchlinediameterorthemodulus,calculategear'smaingeometrysizeanddesignsthegearstructure,anddrawsupthecomponentsshopdrawing.
.
KeywordsCNCmachinetoolsNumericalcontrolpipethreadlathe
Geardrive
目录
第一章绪论…………………………………………………………………………………5
1.1概述…………………………………………………………………………………5
齿轮的发展现状与趋势……………………………………………………………7
1.4本设计研究的内容、目的和意义…………………………………………………9
第二章齿轮传动…………………………………10
2.1齿轮传动的特点………10
2.2齿轮传动的失效形式………………………………………………………………11
2.3齿轮传动的设计………………………12
2.4齿轮结构设计………………………………………………………………………13
2.5齿轮传动设计……14
第三章齿轮设计…………………………………………………………………………18
3.1齿轮设计
（1）……………………………………………………………………18
3.2齿轮设计
（2）……………………………………………………………………22
3.3齿轮设计（3）………………………………………………………………………23
结论…………………………………………………………………………………………23
附图…………………………………………………………………………………………24
致谢…………………………………………………………………………………………26
参考文献……………………………………………………………………………………27
引言
随着科学技术和社会生产的不断发展，机械制造技术有了深刻的变化。
由于社会对产品多样化的需求更加强烈，多品种、中小批量生产的比重明显增加，采用传统的普通加工设备已难于适应高效率、高质量、多样化的加工要求。
这就要求加工设备具有很高的效率和加工精度。
而传统的普通机床已远远不能满足现代生产的需要。
随着现代计算机技术和自动控制的飞速发展，信息处理功能不断提高，而价格不断降低。
这使得计算机在机械制造行业得以广泛的应用。
以数控技术为核心的现代制造技术，以微电子技术为基础，将传统的机械制造技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术有机地结合在一起，构成高度信息化、高柔性、高度自动化的制造系统。
微机控制的数控机床以其高精度、高柔性及适合加工复杂零件的性能，正好满足当今市场竞争的需要。
计算机数控系统，简称CNC，可根据不同的指令进行不同方式的信息处理。
由于计算机可完全由软件来确定数字信息的处理过程，从而使机床具有真正的柔性，并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，使机床控制系统的性能和可靠性大大提高。
以数控机床为代表的数控设备的生产与应用水平反映了一个国家的机械与电子水平。
它的推广应用对于提高劳动生产率和产品质量，改变我国制造技术落后的状况起着极为重要的作用。
根据《机械设计制造与自动化》专业的教学大纲要求：
本专业学生熟悉掌握机电一体化产品的设计、制造、使用与维修，培养学生能够灵活运用所学专业课程知识，具有研究开发的综合素质与能力；这次毕业设计以QKA1212数控管螺纹车床、数控机床
数控机床numericalcontrolmachine是一种综合了微电子技术、计算机技术、自动控制、精密测量和机床等方面的最新成就而发展起来的高效自动化精密机床，是一种典型的机电一体化产品。
它集高效率、高精度和高柔性于一身，代表了机床的主要发展方向。
机床的所有运动都是用输入数控装置的数字信号宋控制的，它是机械加工自动化的核心设备。
、加工数控机床加工工件的工作过程。
首先，对被加工的零件及其毛坯进行分析，根据工件图样要求，制定工件加工的工艺过程，具体包括确定有关基准、选择加工方案、选择刀具和切削用量、制定补偿方案及确定工艺指令等。
然后，用规定的代码和程序格式将它们编制成加工程序，并记录在信息载体如纸带或磁盘上，或者外部计算机的硬盘上。
在加工工件时，由数控系统的输入装置或直接从外部计算机将加工程序输入或调入数控装置，数控系统对这些信息进行处理和运算后，向伺服系统输出相应的指令信号，伺服系统便按照数控系统发来的指令驱动运动部件按照预定的轨迹运动，从而自动加工出所要求的合格工件。
数控机床加工零件与普通机床加工零件有所不同。
普通机床加工零件是操作者依据工艺规程或者工程图样的要求，不断改变刀具与工件之间相对运动参数位置、速度等，使刀具对工件进行加工，加工的工作过程如下所示：
数控机床的加工，是把刀具与工件的运动轨迹按坐标分割成一些最小的单位量，即最小位移量，由数控系统按照零件程序的要求，用这些最小位移量控制刀具运动轨迹，从而实现刀具与工件的相对运动，完成对零件的加工。
刀具沿各个坐标轴的相对运动，是以脉冲当量J为单位的mm／脉冲。
当走刀轨迹为直线或圆弧时，数控装置则在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，然后按中间点的坐标值向各坐标输出脉冲数，保证加工出需要的直线或圆弧轮廓。
数控装置进行的这种“数据点的密化”称做插补，一般数控装置都具有对基本函数如直线函数和圆函数进行插补的功能。
对任意曲面零件的加工，必须使刀具运动的轨迹与该曲面完全吻合，才能加工出所需的零件。
普通机床中的操作者和操纵机构，在数控机床中则被数控系统和自动控制系统所代替。
数控机床的自动控制主要包括三个方面：
1刀具和工件间相对运动的程序控制。
2变换主轴转速、改变进给机构的进给速度、更换刀具以及开闭冷却液和润滑液等辅助功能的控制。
3对有关运动部件的位移量和相对位移关系的坐标控制。
、数控机床的组成
数控机床的组成constitute―般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床主机五部分组成。
数控机床的特点1加工对象改型的适应性强利用数控机床加工改型零件，只需要重新编制程序就能实现对零件的加工。
它不同于传统的机床，不需要制造、更换许多工具、夹具和量具，更不需要重新调整机床。
因此，数控机床可以快速地从加工一种零件转变为加工另一种零件，这就为单件、小批量以及试制新产品提供了极大的便利。
它不仅缩短了生产准备周期，而且节省了大量工艺装备费用。
2加工精度高数控机床是以数字形式给出指令进行加工的，由于目前数控装置的脉冲当量即每输出一个脉冲后数控机床移动部件相应的移动量一般达到了0.001mm也就是1μm。
而进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控机床能达到比较高的加工精度和质量稳定性。
这是由数控机床结构设计采用了必要的措施以及具有机电结合的特点决定的。
首先是在结构上引入了滚珠丝杠螺母机构、各种消除间隙结构等，使机械传动的误差尽可能小；其次是采用了软件精度补偿技术，使机械误差进一步减小；第三是用程序控制加工，减少了人为因素对加工精度的影响。
这些措施不仅保证了较高的加工精度，同时还保持了较高的质量稳定性。
在采用点位控制系统的钻孔加工中，由于不需要使用钻模板与钻套，钻模板的坐标误差造成的影响也不复存在。
又由于加工中排除切屑的条件得以改善，可以进行有效地冷却，被加工孔的精度及表面质量都有所提高。
对于复杂零件的轮廓加工，在编制程序时已考虑到对进给速度的控制，可以做到在曲率变化时，刀具沿轮廓的切向进给速度基本不变，被加工表面就可获得较高的精度和表面质量。
生产效率高零件加工所需要的时间包括在线加工时间与辅助时间两部分。
数控机床能够有效地减少这两部分时间，因而加工生产率比一般机床高得多。
数控机床主轴转速和进给量的范围比普通机床的范围大，每一道工序都能选用最有利的切削用量，良好的结构刚性允许数控机床进行大切削用量的强力切削，有效地节省了在线加工时间。
数控机床移动部件的快速移动和定位均采用了加速与减速措施，由于选用了很高的空行程运动速度，因而消耗在快进、快退和定位的时间要比一般机床少得多。
数控机床在更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床，而零件又都安装在简单的定位夹紧装置中，可以节省用于停机进行零件安装调整的时间。
数控机床的加工精度比较稳定，一般只做首件检验或工序间关键尺寸的抽样检验，因而可以减少停机检验的时间。
在使用带有刀库和自动换刀装置的数控加工中心时，在一台机床上实现了多道工序的连续加工，减少了半成品的周转时间，生产效率的提高就更为明显。
4自动化程度高数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作面板、装卸零件、关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，其他的机床动作直至加工完毕，都是自动连续完成、不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到相应的改善。
5良好的经济效益使用数控机床加工零件时，分摊在每个零件上的设备费用是较昂贵的。
但在单件、小批生产情况下，可以节省工艺装备费用、辅助生产工时、生产管理费用及降低废品率等，因此能够获得良好的经济效益。
6有利于生产管理的现代化用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。
这些特点都有利于使生产管理现代化。
数控机床在应用中也有不利的一面，如提高了起始阶段的投资，对设备维护的要求较高，对操作人员的技术水平要求较高等。
1.3齿轮的发展现状与趋势
中国齿轮行业基本由三部分组成：
工业齿轮、车辆齿轮和齿轮装备。
其中，车辆齿轮其市场份额达到60%；工业齿轮由工业通用、专用、特种齿轮构成，其市场份额分别为18%、12%、8%；齿轮装备占市场份额的2%经过近20年的发展，中国齿轮行业已经形成100亿元产值的配套规模，进入快速发展时期，再次成为国民经济的热点和亮点。
预计今后10年，中国齿轮传动产品市场需求将翻一番。
2007年1-5月，中国全部齿轮、传动和驱动部件制造企业实现累计工业总产值17898696千元，比上年同期增长31.79％；实现累计产品销售收入17389397千元，比上年同期增长33.26％；实现累计利润总额1002019千元，比上年同期增长37.62％。
就市场需求与生产规模而言，中国齿轮行业在全球排名已超过意大利，居世界第四位。
国际上，装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展．特殊齿轮的应用、行星齿轮装置的发展、低振动、低噪声齿轮装置的研制是齿轮设计方面的一些特点．为达到齿轮装置小型化目的，可以提高现有渐开线齿轮的承载推力。
各国普遍采用硬齿面技术，提高硬度以缩小装置的尺寸；也可应用以圆弧齿轮为代表的特殊齿形。
英法合作研制的舰载直升飞机主传动系统采用圆弧齿轮后，使减速器高度大为降低。
随着船舶动力由中速柴油机代替的趋势，在大型船上采用大功率行星齿轮装置确有成效；现在冶金、矿山、水泥一轧机等大型传动装置中，行星齿轮以其体积小、同轴性好、效率高的优点而应用愈来愈多。
1）.齿轮制造工艺?
齿轮制造工艺的发展很大程度上表现在精度等级与生产效率的提高．自七十年代以来各种齿轮的制造精度，普遍提高一级左右．有的甚至2～3级．一般低速齿轮精度由过去的8～9级提高到7～8级。
机床齿轮由6～8级提高到4～6级．轧机齿轮由7～8级提高到5～6级。
对于模数不大的中小规格齿轮，由于高性能滚齿机的开发，加上刀具材料的改善，滚齿效率有了显著提高。
采用多头滚刀，在大进给且条件下，可达到的切削速度为90m/s。
如用超硬滚刀加工模数3左右的调质钢齿轮，切削过度可达200m／s．提高插齿效率，要受到插齿机刀具往复运动机构的限制。
最近在开发采用刀具卸载，使用静压轴承，增强刀架与立柱刚性等新结构后，效率有明显提高。
新型插齿机的冲程数可达到2000次／分。
?
2）齿轮用钢?
齿轮用钢的发展趋势；一是含Cr，Ni，Mo的低合金钢；二是硼钢；三是碳氮共渗用钢；四是易切削钢。
由于我国缺乏Ni、Cr，常用20CrMnTi渗碳钢或用含硼加稀土钢。
重型机械常用18CrMnNiMo渗碳钢或中碳合金钢。
机床行业食用40Cr，38CrMoAl等钢以及高速齿轮用25Cr2MoV钢进行氮化。
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3）.信息化趋势?
人们利用计算机能对各种可能的设计方实进行计算、分析和比较，并通过优选，取得较为理想的结果．例如在分析齿面接触区，求啮合线与相对速度夹角中，对弹流润滑计算以及几何参数计算等方面编制了程序。
还有，在齿轮修形计算与齿轮承载能力计算方面都编有程序．我国已编制了GB3480-83渐开线圆柱齿轮承载能力计算标准的程序软件,供生产应用．在齿轮加工方面，可以利用计算机控制整个切齿过程．使制造质量稳定可靠．目前，国内在研究应用微机对弧齿锥齿轮的切齿调整卡进行计算，可对加工偏差及时调整．使齿面接触达到比较理想的位置，并大大提高了工效。
此外，根据数控原理，应用微机对环面蜗杆螺旋齿面进行抛物线修形，已经应用于生产。
虽然这方面的工作在国内还处于起步阶段，但它对提高齿轮制造质量和技术水平具有重要意义。
1.4本设计研究的内容、目的和意义
内容：
QKA1212数控管螺纹车床主要为油田管螺纹的车削而开发，且适合于各类管螺纹的车削，还可作普通数控车床使用。
该机床属于半闭环控制系统的简式数控管螺纹车床，可以加工以各种曲线为母线的连续的回转体，加工分辨为0.001mm。
适合多品种、中小批量的轮番加工。
本课题主要是研究该机床变速箱中的齿轮，因此研究的主要内容包括：
1.设计的原始资料和数据类型、规格、转速、功率、起动特性、短时过载能力、转动惯量等。
工作机械类型、规格、用途、转速、功率。
2.确定减速器的额定功率减速器的额定功率是指箱体内所有静态及转动零部件中最薄弱的零部件所决定的机械功率。
它必须能满足在使用工况下的寿命和可靠性要求。
.选定性能水平，初定齿轮及主要机件的材料、热处理工艺、精加工方法、润滑方法及润滑油品。
.按总传动比，确定传动级数和各级传动比。
.初算齿轮传动中心距或节圆直径、模数及其他几何参数。
.整体方案设计，确定减速器的结构、轴的尺寸、跨距及轴承型号等。
.校核齿轮、轴、键等的强度，计算轴承寿命。
改变发动机的扭矩和转速所需的牵引力和行驶速度以适应各种条件下的起步，爬坡和速度的要求齿轮传动齿轮传动的特点齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动。
齿轮传动的主要优点有：
传动效率高，工作可靠，寿命长，传动比准确，结构紧凑。
主要缺点是：
制造精度要求高，制造费用大，精度低时振动和噪声大，不宜用于轴间距离较大的传动。
齿轮传动可做成开式、半开式和闭式齿轮传动。
开式齿轮传动：
齿轮完全外露，易落入灰砂和杂物，不能保证良好的润滑，轮齿易磨损，多用于低速、不重要的场合。
半开式齿轮传动：
装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分的浸入油池中，比开式传动润滑好些，但仍不能严密防止灰砂及杂物的侵入。
闭式齿轮传动：
齿轮和轴承完全封闭在箱体内，能保证良好的润滑和较好的啮合精度，应用广泛。
机械系统对齿轮传动的功能要求主要有：
1能传递两个平行轴或相交轴或交错轴间的回转运动和转矩；
2保证传动比恒定不变；
3能传递足够大的动力，工作可靠；
4保证较高的运动精度；
5能达到预定的工作寿命。
只要齿轮设计合理，制造质量高，达到规定的制造精度，就能达到预期的功能要求
齿轮传动是靠齿与齿的啮合进行工作的，轮齿是齿轮直接参与工作的部分，所以齿轮的失效主要发生在轮齿上。
主要的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合以及塑性变形等。
一轮齿折断
轮齿折断通常有两种情况：
一种是由于多次重复的弯曲应力和应力集中造成的疲劳折断；另一种是由于突然产生严重过载或冲击载荷作用引起的过载折断。
尤其是脆性材料铸铁、淬火钢等制成的齿轮更容易发生轮齿折断。
两种折断均起始于轮齿受拉应力的一侧。
增大齿根过渡圆角半径、改善材料的力学性能、降低表面粗糙度以减小应力集中，以及对齿根处进行强化处理如喷丸、滚挤压等，均可提高轮齿的抗折断能力。
二齿面点蚀
轮齿工作时，齿面啮合处在交变接触应力的多次反复作用下，在靠近节线的齿面上会产生若干小裂纹。
随着裂纹的扩展，将导致小块金属剥落，这种现象称为齿面点蚀。
齿面点蚀的继续扩展会影响传动的平稳性，并产生振动和噪声，导致齿轮不能正常工作。
点蚀是润滑良好的闭式齿轮传动常见的失效形式。
开式齿轮传动，由于齿面磨损较快，很少出现点蚀。
提高齿面硬度和降低表面粗糙度值，均可提高齿面的抗点蚀能力。
三齿面磨损
轮齿啮合时，由于相对滑动，特别是外界硬质微粒进入啮合工作面之间时，会导致轮齿表面磨损。
齿面逐渐磨损后，将失去正确的齿形，严重时导致轮齿过薄而折断，齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。
为了减少磨损，重要的齿轮传动应采用闭式传动，并注意润滑。
四齿面胶合
在高速重载的齿轮传动中，齿面间的压力大，温升高，润滑效果差，当瞬时温度过高时，将使两齿面局部熔融、金属相互粘连，当两齿面作相对运动时，粘住的地方被撕破，从而在齿面上沿着滑动方向形成带状或大面积的伤痕，低速重载的传动不易形成油膜，摩擦发热虽不大，但也可能因重载而出现冷胶合。
采用黏度较大或抗胶合性能好的润滑油，降低表面粗糙度以形成良好的润滑条件；提高齿面硬度等均可增强齿面的抗胶合能力。
五齿面塑性变形
硬度较低的软齿面齿轮，在低速重载时，由于齿面压力过大，在摩擦力作用下，齿面金属产生塑性流动而失去原来的齿形。
提高齿面硬度和采用黏度较高的润滑油，均有助于防止或减轻齿面塑性变形。
综上所述，在选择齿轮材料时。
必须了解我国工业发展形式，结合我国资源和生产条件，从实际出发，全面考虑机械性能、工艺性能和经济性等方面的问题，只有合理选材才能保证齿轮质量、降低产品成本，从而提高市场竞争力。
齿轮传动的设计
、设计准则
齿轮传动在具体的工作条件下，必须有足够的工作能力，以保证齿轮在整个工作过程中不致失效。
因此，必须针对齿轮轮齿的失效形式，建立相应的设计准则。
但在工程上，不可能对所有的失效形式进行有效的设计计算。
例如，对磨损，由于影响磨损的因素很多，而且很复杂，对磨损的本质和规律目前还在研究之中。
因此，对磨损还没有比较成熟的计算方法。
对于抗胶合能力计算，由于一些测试因素比较困难，计算方法也比较繁杂，因此在工程上还没有普遍采用。
目前，工程实际应用的计算方法是：
齿根的弯曲疲劳强度计算和齿面的接触疲劳强度计算由理论分析和实践证明，对于闭式齿轮传动，当一对齿或其中的一个齿轮为软齿面（HB≤350）时，通常轮齿的齿面接触疲劳强度较低，故应先按齿面接触疲劳强度进行设计，然后再校核轮齿的弯曲疲劳强度。
当一对齿轮均为硬齿面（HB350）时，通常轮齿的弯曲疲劳强度较低，故应先按轮齿弯曲疲劳强度进行设计，然后再校核齿面接触疲劳强度。
当一对齿轮的材料均为铸铁时，则只需计算轮齿的弯曲疲劳强度。
对于开式齿轮传动，通常只按轮齿弯曲疲劳强度的
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