燕山大学课程设计说明书（专业综合训练课程设计）项目名称：插齿机模型设计姓名：郝云飞宋龙龙肖雅文李顺侯丽娜夏斌指导教师：汪飞雪、解明利职称：讲师2011-12-22燕山大学专业综合训练任务书院（系）：基层教学单位：年月日小组分工及贡献本次课程设计由我们小组6名成员共同完成，根据各人情况以及兴趣特长进行了详细分工，协同合作完成了本次课程设计。

小组中郝云飞同学主要负责刀具旋转运动部分三维设计、总体三维装配、协调同学进行工作、部分工程图的修改等；宋龙龙同学主要负责总体参数的计算、工件旋转部分的三维设计、带轮部分的参数设计等；李顺同学主要负责小组说明书的整理、机架部分的三维设计，并与宋龙龙同学合作完成了总装工程图的初步绘制；侯丽娜同学主要负责传动系统的三维设计、轴的强度校核、传动系统部件图的绘制等；肖雅文同学主要负责刀具往复运动部分的三维设计、齿轮的校核，并与侯丽娜同学共同完成了部件图的绘制和小组ppt 的制作；夏斌同学主要负责资料的搜集、小组说明书的整理、查阅相关参考书籍等。

摘要本设计研究的是小型教学实验用齿轮插齿机，主要内容有插齿机的传动原理与方法的拟订、传动系统的运动分析与计算和总体结构设计。

在设计过程中主要采用机械传动方式，基本上包含了各种比较典型和常用的机械传动，如：带传动、圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、蜗轮蜗杆和链传动等。

总体结构设计上采用了分离式传动，能够比较直观地反映机械加工机床的特点。

机床实现了齿轮加工所需的插齿、圆周进给、径向进给等运动。

关键词：机械传动插齿加工目录小组分工及贡献 (3)摘要 (4)目录 (5)第1章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2课题概述 (1)第2章系统设计及参数计算 (3)2.1系统组成、布局和方案设计 (3)2.2参数计算 (5)2.3主要传动零件的设计参数 (9)第3章三维设计 (16)3.1总装图 (16)3.2插齿机各部件三维设计 (18)结论 (25)参考文献 (26)第1章绪论1.1 课题背景插齿机在国内外都是比较普遍的机床，但运用在教学中进行实物指导，帮助学生了解其原理及操作的却不是很多。

作为一个机械制造装备，插齿机是最基本的齿轮加工装备之一，能够帮助学生了解普通机械加工装备的基本结构、传动原理及一般齿轮的加工制作过程。

所以设计小型教学使用的插齿机在生产需求和实际运用上是完全有必要的。

本设计所研究的是以电动机为动力源、石蜡为工件毛胚的小型教学实验插齿机，可应用于各理工院校，特别是机械专业的机械原理、加工、装备等课程的教学演示，学生可通过本仪器把以往对机械加工装备的感性认识上升到理性认识。

对于只有理论教育缺乏实践教学的高校来说，具有非常重要的作用。

本设计的指导思想是着重体现机械传动的传动过程及齿轮加工的运动合成，所以全部传动零件能够一目了然，方便于观察、临摹。

1.2 课题概述1.2.1 本设计的目的和意义在交通、动力、冶金、石化、电力、建筑、轻纺、航空、航天、电子、医疗、军事、科研等国民经济的各行各业，乃至人们的日常生活中，都广泛使用着各种各样的机械、仪器和工具。

它们的品种、数量和性能等都极大地影响着这些行业的生产能力、劳动效率和经济效率等。

这些机械、仪器和工具统称为机械装备。

能够生产这些机械装备的工业，称为机械制造业。

显然，机械制造业的主要任务，就是向国民经济的各行各业提供现代化的机械装备。

因此，机械制造业是国民经济发展的重要基础和有力支柱，是影响国家综合国力的重要方面。

自1770年世间上制造出第一台蒸汽机开始，200多年来，为了适应社会生产力的不断进步，为了满足社会对产品的品种、数量、性能、质量以及高的性价比的要求，同时由于新兴工程材料的出现和使用，新的切削加工方法、新的工艺方法以及新的加工设备大量涌现，使得机械制造技术也在经历着巨大变化。

近年来，由于现代科学技术的迅猛发展，特别是由于微电子技术、计算机技术的迅猛发展，将传统的制造技术带入了一个崭新的境界，出现了计算机辅助制造（CAM）的新概念。

在工艺设计、生产管理、设备制造、质量控制、产品装配乃至产品储存、销售等方面，计算机都大显身手，产生了计算机辅助工艺设计（CAPP）、计算机辅助生产管理（CAPM）、计算机数字控制（CNC）、计算机辅助质量控制（CAQ），柔性制造系统（FMS）等一系列单项技术，而建立在这些单项技术之上的先进制造系统如计算机集成制造系统（CIMS），则是未来工厂的生产模式。

所以制造技术正由数空化走向柔性化、集成化、智能化。

这已经成为现代制造技术的前言。

所有这一切的发展和进步，不仅孕育出机械制造学科的系统理论，而且使之成为最富有活力的、具有重要研究价值的学科领域。

总之，当代机械制造工业以迅猛的步伐跨出了21世纪，加工方法和制造工艺进一步完善与开拓，在传统的切削、磨削技术不断发展，上升到新的高度的同时，各种特种加工方法也在不断出现，开创出新的工艺可能性，达到新的技术水平，并在生产中发挥重要作用；加工技术向高精度发展，出现了所谓“精密工程”与“纳米技术”；制造技术向自动化发展，正在沿着数控技术、柔性制造系统与计算机集成制造系统的台阶向上攀登。

如上所述，机械制造业在国民经济中占有极其重要的作用，是国家和地区经济发展的重要支柱。

但是先进的技术在发展了，我们学生的实验室里有这些么？答案是没有。

在我们的实验室连最基本的齿轮加工实验都得不到普遍，难到要我们的学生在学校与工厂之间跑么？所以教学实验型齿轮插齿机的设计是完全有必要的。

它将在学生学习理论知识的同时把真正的实体展现于眼前，使学生能把理论与实际相结合，抹去那模糊不清的概念。

1.2.2本设计的研究内容本设计主要研究小型教学实验用插齿机，主要体现机械加工装备的各级传动过程及用范成法加工齿轮。

其主要内容包括：（1）插齿机的传动原理及传动方案的拟订；（2）传动系统的运动与动力参数的分析与计算；（3）主要传动零件的设计；（4）总体结构设计。

第2章系统设计及参数计算2.1 系统组成、布局和方案设计2.1.1插齿机的工作原理插齿机是用来加工内、外啮合的圆柱齿轮，尤其适合于加工内齿轮和多联齿轮。

这是滚齿机无法加工的。

装上附件，插齿机还能加工齿条，但插齿机不能加工蜗轮。

插齿机加工原理为一对圆柱齿轮的啮合。

其中一个是工件，另一个是齿轮形刀具——插齿刀。

他的模数和压力角与被加工齿轮相同。

插齿机同样是按展成法加工圆柱齿轮的。

插齿运动包括插齿刀的旋转和工件的旋转所形成的展成运动以及插齿刀上下往复所形成的成型运动。

插齿开始时，插齿刀和工件除做展成运动外，还要做相对的径向切入运动，直到全齿深为止；然后，工件再转过一周，全部轮齿就切削完毕；插齿刀与工件分开，机床停止。

插齿刀在往复运动的回程中不切削。

为了减少刀具的磨损还需要有让刀运动，即刀具在回程中径向退离工件，切削时恢复。

插齿机的几个有关运动及功能分析如下：1．切削运动为切制出齿轮宽度，插齿刀作与被加工齿轮轴心线平行的垂直往复运动。

2．范成运动为切制完整的齿轮，插齿刀与被加工齿轮像一对互相啮合的齿轮，被加工齿轮随齿轮插刀按一定传动比作旋转运动。

3．径向进给运动在切齿开始时，插刀不能切出全齿高，被加工齿轮相对于插齿刀需作径向进给运动。

4．让刀运动为使插刀在退刀时不受磨损，插刀向后作让刀运动。

用齿轮型插齿刀插削直齿圆柱齿轮时，机床的传动原理图如下图所示：图1插齿机的传动原理图B11和B12是一个复合运动，需要一条内联系传动链和一条外传动链。

图中点8到点11之间的传动链是内联系传动链——展成链。

圆周进给以插齿刀每往复一次，插齿刀所转过的分度圆弧长计。

因此，外联系传动链以驱动插齿刀往复运动的偏心轮为间接动源来联系插齿刀旋转，图中所示为点4到点8。

插齿刀的往复运动A是一个简单运动。

它只有一个外联系传动链，即由电动机轴处的点1至曲柄偏心轮处的点4。

这条传动链是主运动链。

2.1.2 系统布局图2 系统传动方案2.1.3 系统方案设计1.传动系统设计有关加工演示的已知条件有：毛坯参数：外圆直径D=85mm 厚度H=12mm成型后分度圆直径175d = 模数m=2.5 齿数z=30演示所用插刀:选用m=2.5，0z =30的标准插刀，参数如下：m=2.5，030z =，075d =，*0 1.25a h =演示过程中每分钟插齿次数为200次，插齿时圆周进给量为0.25mm/次2.选择电机类型按工作要求，平稳、冲击小、短时、小功率等选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380v ，Y 型。

由于工件材料是石蜡，要求的切削力较小，且电机的功率只要满足各级机械传动能正常进行就可以。

故无需计算功率选择，可根据经验直接选取容量合适的电动机即可。

低转速电动机的极对数多，转矩也大，因此外廓尺寸及重量都较大，价格较高，但可以使传动装置总传动比减小，使传动装置的体积、重量较小；高速电动机则相反。

因此确定电动机转速时要综合考虑，分析比较电动机及传动装置的性能、尺寸、重量、价格等要素。

综合考虑以上因素选择Y 型三相异步电动机90L-4，其性能如下表：2.2 参数计算2.2.1确定传动装置的总传动比和分配传动比将已知条件中的插刀次数转换成曲柄偏心盘的转速，即曲柄偏心盘的转速为200r/min 。

将插刀的旋转即圆周进给转换为插刀的转速为:2200 2.510.2123/min n r d π⨯⨯==由选定的电动机满载转速m n 和插刀偏心盘的转速n ，可得电机到偏心盘的总传动比为114007200m a n i n ===电机到插刀的总传动比214006594.440.2123m c n i n ===分配传动装置传动比210i i i i a ••=式中0i、1i 、2i 分别为带传动、圆柱齿轮传动和链传动的传动比。

考虑V 带传动比与其外廓尺寸的关系以及链轮传动的稳定性选取V 带传动比02i =，21i =，则圆柱齿轮传动比10273.521a i i i i ===•⨯插刀圆周进给时经过二级蜗轮传动减速，取第一级蜗轮的传动比为01i =30，则第二级蜗轮传动的传动比为020*******.4431.42 3.530c i i i i i ===••⨯⨯将蜗轮传动比圆整为0230i =。

选定所有传动链中圆锥齿轮传动的传动比为 1z i =，则内传动链中工件处蜗轮蜗杆传动的传动比0302030zi i z =⨯=插刀的实际转速'21010214000.2222/min2 3.53030m n n r i i i i ===•••⨯⨯⨯'2224.6%n n n -= 误差允许2.2.2 计算主要传动装置的运动和动力参数为了进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率）。