蜗轮滚刀设计.doc

阿基米德蜗轮滚刀设计说明书

系部：机械工程系
专业：机械设计与制造
班级：Z120255
学号：Z12025509
姓名：孟俊朋
日期：2014年5月

蜗轮滚刀设计
[原始条件]
已知工作的蜗杆的轴向模数：ｍx =5mm；蜗轮头数：z1 =2；蜗杆分度圆直径：d1=50mm; 蜗杆外径：da1=60mm; 蜗杆根圆直径：df1=38mm；蜗杆轴向齿形角:α x1=20o；分圆柱上螺旋升角:λ=11o18′36"；轴向齿距px1=15.708;导程：px1=z1px1=31.416mm;蜗杆螺牙部分长度:L１＝80mm；蜗杆类型：阿基米德蜗杆；蜗杆材料:40Cr ,表面淬火45--50HRC。
已知蜗轮齿数：z2=50；蜗轮精度等级：8级；蜗轮副的啮合中心距：a12=150㎜；蜗轮的顶隙:c=0.2ｍx=1.0㎜蜗轮副保证侧隙类别:jn；蜗杆的装配方式：径向；蜗轮材料:ZCuSn10Pb1；使用滚齿机:Y3150E。
[设计步骤](括号内为精度)
蜗轮滚刀处于工作蜗杆的位置与被被切蜗轮啮合，所以蜗轮滚刀的参数应与工作蜗杆相同，即滚刀轴向模数:mx0=5mm；滚刀头数:z0=2；滚刀分度圆直径：d0=50mm；分圆柱上螺旋升角:λ0=11018′36"；轴向齿距:px0=31.416mm；根圆直径：df0=38；螺旋方向:右旋；蜗杆类型:阿基米德蜗杆。
其它参数如下:
1 蜗轮滚刀外径da0(0.1)
da0=da1+2(C+Δ)
=[60+2(0.5+1)*5
=63mm
其中Δ——备磨量。一般取Δ=0.1mxo
　C——蜗轮副的顶隙，C=0.2mx0
2圆周齿数zk
采用径向进给加工时，应使zk与z0无公因数，以增加包络蜗轮齿面的刀刃数。同时应考虑蜗轮精度等级，加工6级精度蜗轮zk≥12；加工7级精度蜗轮zk ≥10；加工8级精度蜗轮zk≥8；加工9级精度蜗轮zk≥6。对切向进给加工的蜗轮滚刀没有这个要求。
我们先取zk=9,待铲削量和容屑槽等参数决定后，校验铲磨干涉和齿强度，最后决定圆周齿数。
3 后角αp各铲削量K和K1
滚刀后角αp=10o-12o，取αp=10o，则铲削量
K=πda0tgαpcosλ0/zk
=πX63Xtg10ocos11o18′36″/9
=3.8mm
由铲床常用凸轮的升距表，可得出K1=6㎜；K=4mm。
4 端面参数
（1）容屑槽深度Hk（0.5） 对于I型铲削型式
Hk =(da0-df0)/2+(K+K1)/2+(0.5--1.5)
=(63-38)/2+(4+6)/2+(0.5--1.5)
=18.0mm
（2）容屑槽底圆弧半径r(0.5)
rk =π{da0-[(da0-df0)+(K+K1)]/2}/(2Azk)
=π{63-[(63-38)/2+(4+6)/2] }/(2*4*9)
=2.0mm
式中A——系数，铲磨滚刀：A=4；非铲磨滚刀A=6
（3）容屑槽θ一般θ=22o，25o或30o，此取θ=30o。
5 容屑槽导程pk（0.5）
Pk =πd0/tgλ0=πX50/tg11o18′36″=785㎜
6 作图校验
（1） 干涉校验 结果是不发生干涉。

（2）强度校验
计算齿根厚度c=2.5(da0-2Hk)/zk=2.5(63-2*18)/9=7.5
刀齿强度c/HK =7.5/18=0.42≥(0.35--0.45) 满足不等式。
7 齿形参数（如图）
在蜗轮滚刀的工作图上，应画出滚刀齿形作为检查的依据。阿基米德滚刀的轴向齿形是直线，故规定画出齿形，并标注齿形角，以便于检查。螺旋槽滚刀的前刀面在法面上，所以除齿形角以外的其它齿形参数都应标注在法面齿形图上。直槽滚刀的齿形参数则应全部标注在轴向齿形图上。
（1）齿形角（1′）
ctgαx0R ctgαx1-Kzk/pk
=ctg20o-4*9/785
=2.701641
αx0R =20.180
ctgαx0l =ctgαx1+Kzk/pk
=ctg20o+4*9/785
=2.793337
αx0l=19.700
（2）轴向齿顶顶斜角φx（1′） 螺旋蜗轮滚刀的顶刃不在轴向截面中，在径向铲削齿顶时切削有先后关系，因此每个刀齿的顶刃就形成顶刃斜角φx，由下式计算
Φx=arctg(Kz/pk)
=arctg(4*9/785)
=2.630
(3) 法向齿距pn0（0.001）
Pn0=px0cosλ0
=15.708cos11018’36″
=15.403mm
（4）法向齿厚sn0(0.001)
Sn0=px0/2+Δms/2
=(15.403+0.25)/2mm
=7.827mm
式中Δms--蜗杆齿厚最小减薄量由表5-4查得。对于粗加工的蜗轮滚刀齿厚应减薄Δms，由粗加工蜗轮齿厚精切余量查得。
(5)齿顶高ha0(0.01)
ha0=(da0-d0)/2
=(63-50)/2
=6.50mm
(6)齿全高h0(0.01)
h0=(da0-d0)/2
=(63-38)/2
=12.50mm
（7）齿顶圆弧半径re0(0.1) 齿顶圆弧半径愈大，滚刀耐用度愈高，但加式的蜗轮齿根过渡曲线高度增大。综合考虑，取
re0=C=0.2mx0=0.2*5mm=1mm
（8）齿底圆弧半径ri0(0.1)
ri0=1.5C=0.3mx0=0.3*5mm=1.5mm
齿底退刀槽尺寸（0.1） 当mx0 >= 4mm时，滚刀齿底应制造出磨削砂轮的退刀槽，其尺寸为
bkf=0.75s=0.75*3.2mm=2.4mm
hkf=0.5--2mm取0.6mm
rkf=0.5--1.3mm 取0.5mm
式中 sf0=pn0-(sn0+2hf0tgαx1)
=15.403-(7.827+2*6tg200)㎜=3.2㎜
８切削部分长度（１）　径向进给滚刀
L0=L1+px0
=80+15.708
=95.708mm
式中L1 ---蜗杆螺牙部分长度
切向进给滚刀的切削部分长度由入锥长（2.5—3）px0和圆柱部分长2px0组成，即 L0=(4.5-5)pX0
切入锥偏角KR =11°- 13°
９结构形势和尺寸　　根据da0=63mm，查带孔蜗轮滚刀内径、轴台和偏差表得d=22mm，由附录表１查得t1′ =24.1mm，代入式
Dda0/2 -Hk-(t1′ -d/2)
=63/2-18–(24.1–11)
=0.4<6.6
显然不满足不等式，表明刀体强度不够，应制成整体连轴滚刀。
整体连轴式径向进给滚刀各部分尺寸决定如下：
查滚齿机刀架参数表Y3150E滚齿机为５号莫氏锥，并可查出扁孔尺；再根据５号莫氏锥查莫氏锥和螺孔尺寸表得莫氏锥尺寸Lx=162㎜和螺孔尺寸。
查滚齿机刀架参数表Y3150E得Lw1=60㎜，dw1=22㎜或27㎜，取Lw1=60㎜， dw1=22h6mm.
取螺纹尺寸Lx1=35mm, dM=M20mm
查滚齿机刀架参数表Y3150E滚齿机刀架参数为：L1min=70mm, L1max =125mm , L 2min=120mm, L2max=175mm,代入得
Lw2≥L2min-L0/2=（120-96/2）mm=72mm,取Lw2=85㎜，dw2=25mm
Lw3≥L1min-L0/2=（70-96/2) mm=22mm,取Lw3=35㎜，dw3 =25mm
代入式得
70+120≤85+96+25≤125+175
因此决定满足机床的使用要求。整体连轴式径向进给滚刀总长度为
L=162+60+35+85+96+35=473㎜