内齿轮铣齿机铣齿装置受力分析及校核

内齿轮铣齿机铣齿装量
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河南工程学院机械工程系刘豫喜李林峻顾立亭
随着我国经济的飞速发展，建材、矿山、冶金、能源及起重工
程的崛起，带动了市场对大功率（小体积）行星齿轮减速器的需
求，以行星轮系为主要减速装置的自动液力变速器的市场需求
量日益增长。目前，国内加工内齿轮普遍采用插齿，虽然加工精
度较高，但加工效率较低，鉴于内齿轮热处理前精度要求不高，
因此开发加工效率很高的数控铣齿机具有广阔的应用前景。铣
削的核心装置是动力头，因为铣齿相对于插齿进给量大，无空切
削行程，主轴的铣削速度较高，可以真正做到高速高效加工，因
此动力头的性能直接决定机床的性能。
一、动力头的设计
内齿轮的齿形精度主要取决于成型铣刀的形状精度，基于
直廓内齿轮的形成原理，建立铣削的数学模型，设计相应的机床
铣削装置。数控内齿轮铣齿机有电气控制部分和机械装置部
分。机械装置由铣削动力头、平行于齿轮轴线运动的数控滑台
和数控分度盘、垂直于齿轮回转轴线的工作台（带有液压夹具）
和机械式移动滑台组成。铣削头安装在滑台上，由ｉ速交流异
步电动机驱动，通过一对准双曲面齿轮使铣刀平行齿轮轴线高
速回转（２９５０ｒ／ｍｉｎ），铣刀靠垂直于自身回转轴线的端面“成形”
铣削齿面。此种传动转速高，扭矩大，抗震动能力强。滑台平行
于齿轮轴线运动，使整个齿宽得到铣削。在铣床的工作台上安装
一数控分度盘，铣刀盘每铣削齿轮的一个齿，离开齿面时，分度盘
实时分度带动齿轮。轮转过一齿，直到全部齿铣削完成，分度盘的
分度精度足以保证齿距误差。铣刀柄工装的调整可以控制齿厚
和齿形角。移动滑台可以控制齿的铣削高度（即齿槽深度）。铣
削不同的齿轮时，只需要更换铣刀和刀柄工装即可，齿轮装在分
度盘上，由计算机数控系统控制分度盘旋转，直到铣削完全部齿。
前面已经提到对于整个内齿轮铣齿机来说，机械装置部分
的核心是铣削动力头，因为刀头的大小和强度直接影响到加工
各种参数的内齿轮，具体设计如图１所示。
二、动力头刀具受力分析和丝杠的选择校核
１．主切削力的计算。在铣削时。每个切削的刀齿都受到变形
抗力和摩擦力的作用。每个刀齿的切削位置和切削面积是实时

，基金项目：河南省教育厅自然科学基金资助项目“高速
内斜齿轮铣齿机床的研究”（２０１０Ａ４６０００１）。

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工业技术
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ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

图ｌ铣削动力头
变化的。所以作用在每个刀齿上的铣削力的大小和方向也在不
断地变化。因此，为了方便分析，假定刀齿的作用力的合力作用
在刀齿的某一点上，我们把该合力，用下式计算：
Ｆ＝、ｉＦ；七Ｆ；＋Ｆ知芎、ｌＦｊ＋Ｆ；＋Ｆ矗。
０１、

代人参数即可得出切削合力，该力可以分解为切向铣削力
Ｒ、径向切削力Ｅ和轴向切削力如为了便于机床和夹具的设

计又可以分解为３个分力：纵向进给分力毋，横向进给分力Ｅ，垂
直进给分力昂。其中，切向铣削力凡是沿铣刀运动方向的分
力，它消耗功率较多，因此又被称为主切削力，可以表示为：
Ｆｃ＝１
１８ｃｔ，ｏ．８努７５ｄｏ”５％“ＯｎＯ．１乞。
（２）
或是根据经验公式（３）来计算：
ｐｍ＝ｎ以６０ｘ１０７）。
（３）

文献表明，其他分力与主切削力Ｒ均有一定的比例，计算出
主切削力凡就可以计算出所有的分力。代入参数后，计算本机
床主切削力为５３６０Ｎ。因此，最大工作载荷即可以按下面计算：
ｎ＝磊洲＋厂’（而＋Ｇ），
（４）

代人参数计算得到：
凡＝ｌ
７９０．６８（Ｎ）。

２．最大动载荷ｃ的计算和丝杠的选择。滚珠丝杠应根据额
定动载荷Ｃ。选用，可用下面公式计算：

Ｃ＝３４Ｌｆ．Ｆ．ｏ
（５）

其中，￡为工作寿命，单位为ｌｌＹｒ，Ｌ＝６０ｎｔ／１０６；ｎ为丝杠转速

河南科技２０１０．７１－６７

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一

万方数据
工业技术
ＩＮＤＵＳＴＲＹＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ：———？～—：■＝一蠢一＝＝二Ｎ一－－一一■三二＝●电气间隙和爬电躔离锄屋毽罪固定瘪哟需庭河南省电子产品质量监督检验所孙京红马桂云电气间隙和爬电距离是电子电器产品在设计时应考虑的主要指标之一，也是最常规的电子电器安全检测项目之一。目前，因爬电距离和电气间隙不符合标准要求而发生安全事故的事例屡见不鲜。而找出电气间隙和爬电距离的最短路径，是准确检测和防止漏检误判的关键，同时，由于电气间隙和爬电距离往往尺寸小，路径复杂，测量时对工作人员的要求高，因此，如何判定结果的准确性，还需要进行不确定度的评定。一、测量路径电气间隙和爬电距离的测量路径是关键，如果测量数据正确，但测量路径不对，则其测量结果仍为不正确。根据不同的电子电器产品所依据的标准要求，来对沟槽宽度ｘ进行选择，所考虑的内容包括角度、肋、两边沟槽宽度ｘ不小于规定值的一个非黏合接缝、扩展边的沟槽等，而对于螺钉与槽壁之间的空隙太窄或沟槽宽度太小（ｘ小于规定值）时可不予考虑。如图１所示，三角形白色区域代表样品的镂空部分。尺代表样品表面的轨迹线，以测量Ｔ。与Ｔ４间的电气间隙和爬电距离为例，说明测量时路径图Ｉ测量路径选择选择的重要性。通过测量沟槽宽度，得知槽宽为０．７９７ｍｍ，按照ＧＢ４７０６．１附录Ｅ的要求，对于小于等于ｌｍｍ的沟槽，在测量时可用直线跨接，Ｒ．作为导电部位，在测量时应不予考虑，通过对路径（ＡＥ＋ＥＢ）、路径（Ｔｌ与Ｔ２爬电距离＋ａｂ＋Ｔ３与Ｔ４爬电距离）及路径（ＡＣ＋（ｒ／ｒａｉｎ）。／Ｉ＝１０００ｖ／￡；ｔ，为最大切削力条件下的进给速度（ｍ／ｒａｉｎ），可取最高进给速度的１／２－１”；厶为丝杠的基本导程，查资料取常规值Ｌｏ＝１２ｍｍ；．矗为运转状态系数，因为此时有冲击振动，所１２Ｘｌ玟ｆ．＝１．５。ｙ孰向２１．５９ｒａｍ／ｒｘｌ４００ｒ／ｒａｉｎ＝２２２６ｍｍ／ｍｉｎ，・ｒ／，瓤向＝（口麒自／２）／Ｌｏ＝（２２２６／２），１２＝９２．７５（ｒ／ｍｉｎ），Ｃ＝√Ｌ厶毛＝＇４８３．５ｘ１．５ｘｌ７９０．６８＝１１７４０（Ｎ）。初选滚珠丝杠副的尺寸规格。相应的额定动载荷ｃｄ不得小于最大动载荷ｃ：Ｃ＞Ｃ＝ｌｌ７加Ⅳ。另外，假如滚珠丝杠副有可能在静态或低速运转下工作并受载．那么还需考虑其另一种失效形式——滚珠接触面上的塑性变形，即要考虑滚珠丝杠的额定静载荷已是否较大的超过了滚珠丝杠的Ｔ作载荷凡，因此∽一般要取一个安全系数，通常会使比例为２～３。初选滚珠丝杠为外循环丝杠，因为内循环丝杠比外循环丝杠价格贵，并且较难安装。考虑到机床的综合竞争力，所以采用外循环丝杠。由匕所述，查手册选滚珠丝杠的型号为ＣＤ６３ｘ８—３．５一Ｅ型。主要参数为：Ｄ，－－４．７６３ｍｍ，Ｌ＝８ｍｍ，以＝６３ｒａｍ，Ａ＝２０１９＇，圈数ｘ歹Ｕ数３．５ｘｌ。３．丝杠传动效率及传动比的分析。６８河南科技２０１０．７２：田＝￡彬ｇ（ｙ＋砂）ｏ（６）式中，７为螺旋升角取２。１９’，砂为摩擦角取１０’攘动摩擦系数为０．００３—０．００４。叩＝毗（ｙ砷）＝ｔ９２０１９’／ｔｇ（２０１９＂＋１０’）＝Ｏ．９２。要求机床动力头传动效率卵在９０％～９５％之间，所以选择该丝杠符合要求。已知垂直进给脉冲当量玩－－０．０１ｍｍ，步，滚珠丝杠导程厶＝８ｍｍ，初选步进电机步矩角０．７５。，可计算出传动比ｉ：ｉ＝３６０６舭。（７）式中，８，为脉冲当量（ｍｍ／步），厶为滚珠丝杠的基本导程（ｍｍ）。ｅ。为步进电机的步矩角，初选０．７５。。ｉ＝３６０ｘ０．０１／（０．７５ｘ８）－－ｏ．６。可选定齿轮齿数为：ｚｌ＝３０，Ｚ２＝５０，从进给运动受力考虑，设定齿轮模数ｍ＝３，则分度圆即可得出，动力头传动系统主要部件丝杠的整体设计即可完成。综上，此种设计的铣削动力头适用于铣削加工各种参数的内齿轮。设计制造内齿轮铣齿机，经过对样机调试，进行了现场铣削齿轮试验。通过对齿轮的各项技术指标测试，精度符合要求，说明该机床设计方案合理，系统稳定、可靠，能够满足生产实际的需要。咽■■
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万方数据
内齿轮铣齿机铣齿装置受力分析及校核
作者：刘豫喜， 李林峻， 顾立亭
作者单位：河南工程学院机械工程系
刊名：
河南科技

英文刊名：HENAN KEJI
年，卷(期)：2010，(7)
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下载时间：2011年1月16日