序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇機械傳動論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

關鍵詞：齒輪傳動系統振動特性

中圖分類號：U223.5+13文獻標識碼：A

1齒輪傳動振動國內外研究概況

研究表明：機械的振動和噪聲，其中大部分來自齒輪傳動工作時產生的振動，因此機械傳動中對齒輪動態性能的要求就更為突出。要滿足這一要求，人們開始把越來越多的注意力轉向齒輪傳動的動態性能研究。具體地說，就是研究齒輪傳動系統的動載荷、振動和噪聲的機理、計算和控制。就需要從振動角度來分析齒輪傳動裝置的運轉情況，并按動態性能最佳的目標進行設計。

為了解決上述問題，以研究齒輪傳動和噪聲特性為主要內容的齒輪動力學十多年來得到了較廣泛的重視和研究，日本機械工程學會1986年對齒輪實際調查與研究表明，評價齒輪高性能化的前兩項分別為低噪聲和低振動。1992年在美國機械工程協會主辦的第六屆機械傳動國際學術會議(6th Intenational Power Transmission and Geartng Conference)上，齒輪動力學研究得到了普遍的重視，宣讀論文占總數的21％，列數的第一位，突出表明了齒輪傳動向高速、重載方向發展后，其動力學研究的緊迫性。我國于1984年成立了機械工程學機械傳動分會齒輪動力學會組，并成功地舉行了三次全國齒輪動力學學術會議，促進了我國學者在這一領域內的發展。

對于齒輪輪齒的誤差激勵，早在1958年，Harris就認為它是引起齒輪振動的三種主要內部激勵之一。七十年代許多學者（W.D.Mark，A.W.Lee，D.B.Welbowrn等）研究過傳遞誤差的統計性質及其對齒輪振動和噪聲的影響。其中T.Tobe研究過齒輪動載荷的統計特性，首先建立了直齒輪系統的非線性Fokker-Planck方程，并由此推出了矩方程，然后用統計線性化方法求解，從而得到響應的前二階矩。在分析中，他們把靜傳遞誤差分解為確定性分量和隨機分量，并將隨機分量表示成“經濾波的白噪聲”。1985年，A.S.Kumar等分析了直齒輪動載系數的統計特性，隨機輸入是傳遞誤差，處理成經時不變的成形濾波器濾波的高斯白噪聲。推出了等效離散時間狀態方程和均值，方差波動方程，以確定嚙合位置隨機誤差幅值和運轉速度等對動載系數均值和方差的影響。

2齒輪傳動動態特性研究現狀

齒輪傳動動態特性的研究大體上可分為兩大部分：齒輪傳動系統振動特性的研究和齒輪結構振動的研究。

2.1齒輪傳動系統振動特性的研究

齒輪傳動系統振動的主要激勵為隨時間變化的嚙合剛度、齒輪誤差和不穩定載荷，它是一個參數自激振動系統，齒輪傳動的振動包括徑向、周向和軸向的振動。關于直齒輪剛度計算已有比較成熟的Weber―Banaschek公式。由于斜齒輪接觸線沿齒寬是傾斜的，因此在計算斜齒輪嚙合剛度時，首先需要研究斜齒輪的載荷分布及輪齒變形。受計算手段的限制，早期的研究是把斜齒輪輪齒假設成由大量獨立的法向薄片所組成(即“薄片”理論)，各薄片的變形是獨立的。建立在這種模型下的斜齒輪載荷分布計算，忽略了各片之間的相互影響，進一步的研究是將斜齒簡化成一剛性或彈性夾持的懸臂扳。由于懸臂扳幾何形狀與輪齒相差較大，因此所得結論很少校用來研究載荷分布，大多以此研究由載荷引起的變形及齒根彎矩。Monch和Roy用凍結法對環氧樹脂齒輪的載荷分布做了光彈性實驗。Conry和Seireg用線性規劃技術計算了斜齒輪接觸線上的載荷分布，其輪齒變形被分成彎曲變形，接觸變形、支承變形等，用材料力學和赫茲變形公式計算各變形分量。Mathis和Simon用三維有限元研究了斜齒輪的載荷分布和變形。Nicmann和BhthBe及Nicmann和winter是將接觸線的總長度變化用來估計齒輪的剛度波動。著名齒輪動力學專家、日本東京工業大學Umezawa用齒輪的有限差分模型對斜齒輪沿接觸線的裁荷分布等作了理論分析后，對一對有限齒寬齒輪的載荷分布和嚙合剛度特性進行了一系列的研究，并根據齒輪端面重合度εα和軸面重合度εg的大小判斷齒輪嚙合剛度波動的幅值(即計算振動幅)大小[8][9]。由于Umezawa是通過一等效懸臂梁的有限差分模型總結出的斜齒變形公式，因而他的研究尚無法考慮齒輪結構尺寸的影響。

Umezawa通過實驗和仿真計算研究認為在相同誤差情況下，端面重合度εα和軸面重合度εg相同的齒輪副的振動水平是一樣的。在國內，齒輪系統動態方程求解的方法主要有狀態空間法、復富氏系數法和富氏級數(Fourier serics)法。這些方法都不同程度地簡化了齒輪傳動系統振動特性的求解，保留了系統的參變和整體特性。為了設計出具有良好動態降性和低噪聲齒輪傳動系統，近年來人們對影響齒輪傳動系統動態特性的因素做了不少理論計算和實驗研究。采用柔性輻板齒輪結構是降低齒輪傳動噪聲，提高齒輪傳動乎穩性的又一主要措施，Berestnev的實驗研究表明，通過改變輪體結構尺寸，可使齒輪的彎曲、接觸疲勞強度增加1．2～1．4倍，壽命增加1．5～2倍，振動噪聲減小6～8dB。國內對鋼輪轂、橡膠輪輻的柔性幅板齒輪系統的降噪特性進行了實驗研究，結果表明在模數較大的場合，其降噪效果在7dB左右，減振效果為50％，高頻噪聲可下降6～18dB。

2.2 齒輪結構振動的研究

齒輪結構固有頻率及振型、動態響應和動應力的研究是建立在一般結構振動計算方法基礎上的。為了避免共振，防止顫振，或者是研究其響應問題，一般都要求先計算結構的模態，目前在計算結構動力學問題中雖為有效的數值方法是有限單元法。

然而，隨著結構日益復雜化、大型化的發展，使人們不得不將眼光放在各種節省計算內存的求解方法上。這些促進了各種降階技術和動態子結構技術的興起和發展。如果將求解靜力問題的波前法用于子空間迭代法中，就能使一般工程結構問題可以在微機上求解。由于在國內外曾發生多起齒輪輪體的共振導致的破壞事故，所以齒輪輪體固有振動特性的研究得到國內外的普通關注。這在對齒輪傳動安全運行要求很高的航空工業來說尤其重要。美國波音費托爾公司(Boeing Vetrol)就是用有限元法來預測齒輪結構的共振頻率。國內外對盤形圓錐齒輪結構固有振動特性進行了大量的理論和實驗研究，取得了一批非常有價值的結論。Oda用Miller公式計算了具有不同福板支承形式的薄輪緣直齒輪結構的固有頻率，研究了其傳動系統的振動加速度。國內外的理論和實驗研究表明，齒輪結構的行波共振會造成齒輪的成塊斷裂。

參考文獻：

[1]陳予恕．非線性振動．天津:天津科技出版社,1983,251

篇(2)

中圖分類號：TD528文獻標識碼：A文章編號：1003-2738（2011）12-0283-01

摘要：減速機是機械傳動系統的重要組成部分，保障其穩定安全運轉十分重要。本文在介紹減速機的工作原理的基礎上，分析了減速機運行過程中出現的常見故障及故障發生的原因，對各種故障提出相應的解決對策，并對指出了減少減速機故障的預防措施，對降低減速機在運行中發生的故障具有重要意義。

關鍵詞：減速機；故障；處理方法；預防措施

一、引言

減速機是一種利用齒輪的速度轉換器將電機的回轉數減速到所要的回轉數的動力傳達機構，用來降低轉速并相應地增大轉矩。第一次工業革命以來，減速機作為獨立的產品迅速發展壯大，其在工業設備中的應用滲透于冶金、物流、石化、化工、環保、國防等國民經濟各個領域。作為生產中的關鍵生產設備，減速機在傳遞動力與運動的機構中已得到了相當廣泛的應用，大到機械工業中的自動化生產設備、汽車、機車及建筑等用的重型機具，小到日常生活中常見的家電，鐘表等，都可以見到減速器的蹤跡。因此開展減速機常見故障及處理方法研究對保障減速機械的可靠性運行變得尤為重要。

二、減速機的工作原理和分類

在現代化工業生產中絕大部分的生產機械是采用電動機來拖動。機械傳動系統基本結構如圖1所示，它是由原動機、傳動機構和生產機械三部分組成[1]。減速機一般用于低轉速大扭矩的傳動設備，是原動機與工作機之間獨立的閉式傳動裝置。從圖1可以看出，減速機是裝在原動機與工作機之間，用來降低轉速和相應地改變其扭矩。減速機通常分單級傳動和多級傳動兩類，不論是何種傳動方式的減速機，構成其內部結構的零部件都是由軸、軸承、齒輪、聯軸器、機殼等組成

圖1 機械傳動系統基本結構

三、減速機常見故障原因及處理方法分析

作為生產中的關鍵生產設備，保障減速機的安全運轉十分重要。當減速機出現異常情況時，一般由軸、軸承、齒輪、聯軸器、機殼等零部件出現故障所引起的，因此，減速機的故障原因的查詢也就是針對這幾種零件的故障診斷，如果能對這些零部件出現故障引發減速機故障做出準確的判斷，則可以對減速機運行過程中出現的問題及時做出判斷和處理，保證機組運行的安全。目前減速機常見的主要故障類型有四類：1.軸不平衡；2.軸不對中；3.滾動軸承故障；4.齒輪故障[2]。

不平衡是減速機最常見的故障。引起轉子不平衡的原因有：結構設計不合理，制造和安裝誤差，材質不均勻，運行中轉子的腐蝕、磨損、結垢、零部件的松動和脫落等。軸不對中通常是指相鄰兩轉子的軸心線與軸承中心線的傾斜或偏移程度。軸不對中可分為聯軸器不對中和軸承不對中，聯軸器不對中又可分為平行不對中、偏角不對中和平行偏角不對中三種情況。滾動軸承損傷或損壞將導致減速機故障，滾動軸承主要故障形式有：疲勞剝落、磨損、塑性變形、斷裂、保持架損壞等。由于齒輪制造，操作，維護以及齒輪材料、熱處理、運行狀態等因素的不同，產生異常的形式也不同，常見的齒輪異常有齒面磨損、面膠合和擦傷、面接觸疲勞及彎曲疲勞與斷齒四種形式。

由于減速機運行環境惡劣，常會出現磨損、滲漏等故障，運行中的減速機很容易出現故障，故障的主要表現形式有如下幾種：1.減速機軸承室磨損，其中又包括殼體軸承箱、箱體內孔軸承室、變速箱軸承室的磨損；2.減速機齒輪軸軸徑磨損，主要磨損部位在軸頭、鍵槽等；3.減速機傳動軸軸承位磨損；4.減速機結合面滲漏。針對減速機磨損問題，傳統解決辦法是補焊或刷鍍后機加工修復，但兩者均存在一定弊端：補焊高溫產生的熱應力無法完全消除，易造成材質損傷，導致部件出現彎曲或斷裂；而電刷鍍受涂層厚度限制，容易剝落，以上兩種方法都是用金屬修復金屬，無法改變“硬對硬”的配合關系。

運行中的減速機除了磨損、滲透故障外，還有滲透油、溫升過高、運轉聲響異常及油流不循環等故障形式，其產生原因和處理方向分析詳見表1。

表1 減速機常見故障及處理方法

故障現象 產生原因 處理方法

滲漏油 減速機軸同被驅動裝置軸安裝時對中精度低，加快了油封及軸承的磨損，形成滲漏油 重新找正及調整聯軸節，保證對中精度；更換新的骨架式橡膠油封

結合面的密封墊或O型密封環損壞 按要求更換

輸出軸端油封損壞或緊固環外圓表面磨損 更換新油封，或將原緊固環去掉，更換

結合面螺栓松動 將螺栓配合彈簧墊圈緊固

油中不潔物及雜物太多，使油封磨損加快 將陳油放盡，沖洗機內后，更換新油及油封

油過多，運轉中形成或過高的攪拌熱，導致油從油封處滲漏。 按油標的規定油面加油，切勿過多

溫升過高 油或脂性能不佳 按說明書推薦的油或脂牌號，予以加足，切勿降低牌號

轉臂軸承不良 按規定油面加足油；保證油泵正常工作及油路暢通

轉臂軸承損壞 更換轉臂軸承

運轉聲響異常 安裝誤差大，使減速機軸同被驅動裝置軸對中精度太低，致使輪齒嚙合及軸承運轉聲音異常 重新找正，調整聯軸器

使用鏈條傳動時，鏈條太緊 調整鏈條松緊度

零件損壞（如針齒套、針齒銷、柱銷套等） 拆機檢查，修復或更換

油流不循環 油路堵塞 將油路疏通后，放盡機內陳油，沖洗機內油垢及雜物，再加入新油

油泵損壞 檢查油泵，若發現零件（如泵體、凸輪、彈簧等）損壞，者應修復或更換

四、減少減速機故障的預防措施分析

對于機械傳動系統生產設備，一旦減速機發生故障，會造成設備停機，給企業帶來巨大損失。所以對減速機采取預防措施對防止和減少故障發生具有重要意義。減速機故障常見的預防措施有及保養，減速機通常裝備有注油孔和放油塞，因此在減速機投入運轉之前，工作人員應在減速機中裝入建議的型號和數值的脂。其次減速機在非常規工作條件的運行時，應征詢制造廠的意見。正常運行條件下減速機工作油溫不能超過80℃。如果傳輸功率超過減速機的熱容量，必須提供外置冷卻裝置。

五、結束語

生產實踐證明，對減速機運行中的常見故障采取相應的預防措施，對于發現了的問題及時安排停機檢修，做到預知維修，避免了故障狀態的進一步擴大。這些措施的實施能順應企業生產，將為企業帶來可觀的經濟效益。

參考文獻：

篇(3)

論文摘要:文章對數控機床的爬行與振動故障原因作了簡單分析，指出一些診斷排故的方法和策略

數控機床是集機、電、液、氣、光等為一體的自動化機床，經各部分的執行功能，最后共同完成機械執行機構的移動、轉動、夾緊、松開、變速和換刀等各種動作，實現切削加工任務。工作時，各項功能相互結合，發生故障時也混在一起，故障現象和原因并非簡單一一對應。一種故障現象可能有幾種不同的原因，大部分故障以綜合形式出現，數控機床的爬行與振動就是一個明顯的例子。

數控機床進給伺服系統所驅動的移動部件在低速運行時，出現移動部件開始不能啟動，啟動后又突然作加速運動，而后又停頓，繼而又作加速運動，如此周而復始，這種移動部件忽停忽跳，忽快忽慢的運動現象，稱為爬行；而當其高速運行時，移動部件又出現明顯的振動。這一故障現象就是典型的進給系統的爬行與振動故障。

造成這類故障的原因有多種可能，可能是因為機械部分出現了故障所導致，也可能是進給系統電氣部分出現了問題，還可能是機械部分與電氣部分的綜合故障所造成，甚至可能因編程有誤也會產生爬行故障。

一、分析機械部分原因與對策

因為數控機床低速運行時的爬行現象往往取決于機械傳動部分的特性，高速時的振動又通常與進給傳動鏈中運動副的預緊力有關，由此數控機床的爬行與振動故障可能會在機械部分。

如果在機械部分，首先應該檢查導軌副。因為移動部件所受的摩擦阻力主要是來自導軌副，如果導軌副的動、靜摩擦系數大，且其差值也大，將容易造成爬行。盡管數控機床的導軌副廣泛采用了滾動導軌、靜壓導軌或塑料導軌，如果導軌間隙調整不好，仍會造成爬行或振動。對于靜壓導軌副應著重檢查靜壓是否到位，對于塑料導軌可檢查有否雜質或異物阻礙導軌副運動，對于滾動導軌則應檢查預緊措施是否良好。關注導軌副的也有助于分析爬行問題，導軌副狀態不好，導軌的油不足夠，致使溜板爬行。這時，添加油，且采用具有防爬作用的導軌油是一種非常有效的措施。這種導軌油中有極性添加劑，能在導軌表面形成一層不易破裂的油膜，從而改善導軌的摩擦特性防止爬行。

其次，要檢查進給傳動鏈。因為在進給系統中，伺服驅動裝置到移動部件之間必定要經過由齒輪、絲杠螺母副或其他傳動副所組成的傳動鏈。定位精度下降、反向間隙增大也會使工作臺在進給運動中出現爬行。通過調整軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預緊力，調整松動環節，調整補償環節，都可有效地提高這一傳動鏈的扭轉和拉壓剛度（即提高其傳動剛度），對于提高運動精度，消除爬行非常有益；另外傳動鏈太長，傳動軸直徑偏小，支承座的剛度不夠也是引起爬行的因素。因此，在檢查時也要考慮這些方面是否有缺陷，逐個排查。

二、分析進給伺服系統原因與對策

如果故障原因在進給伺服系統，則需分別檢查伺服系統中各有關環節。數控機床的爬行與振動問題屬于速度問題，與進給速度密切相關，所以也就離不開分析進給伺服系統的速度環，檢查速度調節器故障一是給定信號，二是反饋信號，三是速度調節器自身故障。根據故障特點（如振動周期與進給速度是否成比例變化）檢查電動機或測速發電機表面是否光整；還可檢查系統插補精度是否太差，檢查速度環增益是否太高；與位置控制有關的系統參數設定有無錯誤；伺服單元的短路棒或電位器設定是否正確；增益電位器調整有無偏差以及速度控制單元的線路是否良好，應對這些環節逐項檢查、分類排除。

三、其它因素

有時故障既不是機械部分的原因，又不是進給伺服系統的原因，有可能是其它原因如編程誤差。如FANUC 6M系統數控機床在一次切削加工時出現過載爬行。經過仔細核查，發現電動機故障引起過載，更換電動機過載消除，可爬行還是存在。先從機床著手尋找故障原因，結果核實傳動鏈沒問題，又查進給伺服系統確認無故障，隨后對加工程序進行檢查，發現工件曲線的加工，采用細微分段圓弧逼近來實現，而在編程中用了G61指令，也即每加工一段就要進行一次到位停止檢查，從而使機床出現爬行現象，將G61改為G64指令連續切削，爬行消除。

如果故障既有機械部分的原因，又有進給伺服系統的原因，很難分辨出引起這一故障的主要矛盾，這是制約我們迅速查出故障原因的重要因素。面對這種情況，要進行多方面的檢測，運用機械、電氣、液壓等方面的綜合知識，采取綜合分析判斷，排除故障。

數控機床是技術密集和知識密集的設備，故障現象是多樣的，其表現形式也沒有簡單的規律可遵循，這就要求維修的技術人員要有電子技術、計算機技術、電氣自動化技術、檢測技術、機械理論與實踐技術、液壓與氣動等較全面的綜合技術知識，還要求具有綜合分析和解決問題的能力。

參考文獻：

篇(4)

關鍵詞：普通機床 數控改造 結構設計 精度 鄭州論文 開題報告

一、課題概述、背景及意義

工業發達國家的軍、民機械工業，在70年代末、80年代初已開始大規模應用數控機床。其本質是，采用信息技術對傳統產業(包括軍、民機械工業)進行技術改造。除在制造過程中采用數控機床、fmc、fms外，還包括在產品開發中推行cad、cae、cam、虛擬制造以及在生產管理中推行mis(管理信息系統)、cims等等。以及在其生產的產品中增加信息技術，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術對國外軍、民機械工業進行深入改造(稱之為信息化)，最終使得他們的產品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術改造傳統產業方面比發達國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數控機床的比重(數控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年已達20.8%，因此每年都有大量機電產品進口。這也就從宏觀上說明了機床數控化改造的必要性。

微觀上看，數控機床比傳統機床有以下突出的優越性，而且這些優越性均來自數控系統所包含的計算機的威力。① 可以加工出傳統機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。 ②可以實現加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統機床提高3～7倍。③ 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。④ 可實現多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。⑤ 擁有自動報警、自動監控、自動補償等多種自律功能，因而可實現長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處如：降低了工人的勞動強度，節省了勞動力(一個人可以看管多臺機床)，減少了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反應等等。此外，機床數控化還是推行fmc(柔性制造單元)、fms(柔性制造系統)以及cims計算機集成制造系統)等企業信息化改造的基礎。數控技術已經成為制造業自動化的核心技術和基礎技術。

機床的數控改造，主要是對原有機床的結構進行創造性的設計，最終使機床達到比較理想的狀態。機床數控化改造有以下優點：①節省資金。機床的數控改造同購置新機床相比一般可節省60%左右的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現有地基。②性能穩定可靠。因原機床各基礎件經過長期時效，幾乎不會產生應力變形而影響精度。③提高生產效率。機床經數控改造后即可實現加工的自動化效率可比傳統機床提高 3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節約了費用而且可以縮短生產準備周期。

在美國、日本和德國等發達國家，它們的機床改造作為新的經濟增長行業，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個"永恒"的課題。我國的機床改造業，也從老的行業進入到以數控技術為主的新的行業。在美國、日本、德國，用數控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產線數控改造的新的行業。

目前機床數控化改造的市場在我國還有很大的發展空間，現在我國機床數控化率不到3%。我國大量的普通機床應用于生產第一線，用普通機床加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業的產品、市場、效益，影響企業的生存和發展，數控機床則綜合了數控技術、微電子技術、自動檢測技術等先進技術，最適宜加工小批量、高精度、形狀復雜、生產周期要求短的零件。當變更加工對象時只需要換零件加工程序，無需對機床作任何調整，因此能很好地滿足產品頻繁變化的加工要求，所以必須大力提高機床的數控化率。數控機床的發展，一方面是全功能、高性能;另一方面是簡單實用的經濟型數控機床，具有自動加工的基本功能，操作維修方便。經濟型數控系統通常用的是開環步進控制系統，功率步進電機為驅動元件，無檢測反饋機構，系統的定位精度一般可達±0.01，已能滿足加工零件的精度要求。這幾年，國家加大了對這類機床的改造力度，國防科工委更是推行了萬臺機床數控化計劃，車床、銑床的數控化改造需求量很大。本課題以普通車床的數控改造為例，研究機床數控改造的方法，包括其結構的改造設計，機床改造后性能與精度的分析以及控制精度的措施等，普通車床應用微機控制系統進行改造數控改造后，可以提高工藝水平和產品質量，減輕操作者的勞動強度。基于上述分析，本課題的研究具有較高的現實意義。

二、主要研究內容

1.普通車床數控改造方案的確定，進行總體設計。

2.對普通車床數控改造進行結構設計與計算，包括主軸進給系統設計、機床縱、橫進給伺服系統的設計等。

3. 對改造后的經濟型數控車床伺服進給系統建立控制原理模型。

4. 根據進給系統的控制原理模型，對影響伺服系統系統的因素進行分析。

5. 對影響伺服傳動精度的因素齒輪傳動精度、滾珠絲杠副傳動精度等進行深入研究，并提出相應的改進方法。

6. 對影響伺服元件伺服精度的因素步進電機步矩角精度等進行深入研究，并提出相應的改進方法。

三、擬解決的關鍵問題

1. 普通車床數控改造進給伺服系統機械部分的設計與計算。

2. 對經濟型數控車床伺服進給系統建立控制原理模型。

3. 根據進給系統的控制模型，分析系統的誤差來源及影響系統精度的因素。

4. 設計步進電機細分驅動電路，提高伺服進給系統的控制精度。

四、擬解決方案及關鍵技術

1. 普通車床數控改造進給伺服系統機械部分的設計與計算內容包括：確定系統的負載，運動部件慣量計算，步進電機的選擇，滾珠絲杠副的選擇和計算、滾珠絲杠副的剛度驗算等。

2. 對改造后的經濟型數控車床伺服進給系統建立控制原理模型。

3. 根據伺服進給系統控制原理模型，分別對伺服驅動元件的伺服精度、伺服機械傳動元件傳動精度進行分析，分析影響經濟型數控車床定位精度主要因素。

4. 在伺服進給系統控制電路中加入步進電機細分驅動設計，改善步矩角特性，提高經濟型數控車床的定位精度。

五、創新點

1. 運用機電一體化系統設計思路與方法進行普通車床數控改造的結構設計，在設計上達到有高的靜動態剛度;運動副之間的摩擦系數小，傳動無間隙;便于操作和維修。

2. 從經濟型數控車床的控制原理模型分析影響整個系統精度的關鍵因素，分析影響機床機床定位精度的各項誤差來源，提出相應的改進方法并應用于機床結構設計中。

3. 運用步進電機細分驅動技術，設計基于單片機控制的步進電機的細分驅動電路，減小步進電機的步距角及機床的脈沖當量，提高經濟型數控車床的加工精度，改善電機運行的平穩性，減小噪聲，增加控制的靈活性。

六、課題預計目標

1.普通車床數控改造的方案的研究，進行總體設計。

2. 對經濟型數控車床的伺服進給系統建立控制原理模型，并根據進給系統的控制原理模型，對影響系統精度的關鍵因素進行分析。

3. 研究提高機械傳動部件的傳動精度與剛度的方法，對普通車床數控改造進行結構設計，改善伺服進給系統的伺服特性。

4. 設計一種基于單片機控制的步進電機的細分驅動電路，提高伺服進給系統的分辨率。

七、課題研究進展計劃

預計本課題研究進展主要分以下幾個階段：

1. 2007年11月～2007年12月 查看文獻資料并撰寫開題報告

2. 2007年12月～2008年03月 收集相關方面的資料，以普通車床數控改造為例進行總體設計

3. 2008年03月～2008年04月 學習機床伺服進給系統的設計等方面知識

4. 2008年04月～2008年07月 進行結構設計，繪制普通車床數控改造縱、橫向進給系統裝配圖

5. 2008年07月～2008年08月 學習機床控制精度等方面知識

6. 2008年08月～2008年09月 對機床進行精度分析

7. 2008年09月～2008年10月 研究提高機床控制精度的措施

8. 2008年11月～2008年12月 完成畢業論文

9. 2008年12月 畢業答辯

參 考 文 獻

[1] 劉躍南.機床計算機數控及其應用[m].北京：機械工業出版社，1997.

[2] 王愛玲.現代數控機床結構與設計[m].北京：兵器工業出版社，1999.

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篇(5)

數控機床在現代制造業中扮演著一個重要的角色。本論文介紹了THY5940型立式加工中心設計思想和設計過程。主要敘述了數控進給系統的傳動設計及主要傳動件滾珠絲杠及其支承的設計計算。并對進給系統進行了校驗，取得了預期的效果。

該機床適用于摩托車、汽車、輕工機械等行業提高生產率。不僅對刀具的位置或軌跡進行控制，而且還具有自動換刀和補償功能，具有很高的強度，剛度和抗震性。以前采用的專用機床加工零件，雖然效率較高，但制約被加工零件的改進。而加工中心具有柔性，從而能適應產品在最短時間內達到商品化。本加工中心的設計擬采用主機，數控系統(包括伺服和驅動系統)及相關配套件三部分組成。在對以前研究成果分析總結的基礎上，按照技術要求指標，對初步擬訂的方案進行細化，論證，完善和總結。

加工中心的進給系統承擔加工中心各直線坐標軸的定位和切削進給，進給系統的好壞將直接影響整機的運行狀態和精度指標。設計過程中應使進給穩定性和快速響應的特性。同時，要求有合理的控制系統，而且要求對驅動元件和機械傳動裝置的參數進行合理的選擇，使整個進給系統工作時的動態特性相匹配。

THY5940型立式加工中心機床解決了單件，小批量，特別是復雜型面的零件的加工自動化問題。對于提高企業的生產率，提高工件的加工精度以及提高機床的使用壽命都具有十分重要的意義。

經過研究，本論文基本取得了預期效果，完成了進給系統的設計計算。同時，對數控機床的進給系統設計方法的研究也取得一定的效果。

關鍵詞：數控技術；數控機床；進給系統；滾珠絲杠

Abstract

Numericalcontrolmachinetoolsplayanimportantroleinnowadaysmanufacturing.ThisarticleintegratethedesignmethodanddesignprocessoftheenteringsystemofNCmachiningcenteroftypeofTHY5940.Itspecifiesthedrivingdesignandimportantdrivingaccessory–ballbearingandit，sbearingoftheenteringsystemofNCmachiningcenter.Inthesameway,checkouttheenteringsystem.Wehaveachievedthemethodofintelligentdesign.

Thismachineappliestocar/motorcycleandlightindustryofengineinordertoimprovetheirproductionratio.Itisnotonlycontrolthepositionandtrackofthefalchion,butalsohasthefunctionofchangethefalchionautomaticallyandcompensates;havehighintension/Steeltonandnon-shake.Intheolddays,peopleoftenusespecialmachinetoproductaccessories.Althoughhaveahighproductionratio,hobbletheimprovingofproducingaccessories.ButNCmachiningcenterisflexible,soitcanadoptthechangedproductionandorganizeproductionandshortenregulateperiodofproductionpossibly.TheNCmachinecenterdesignadoptmain–frame\NCmachiningcentersystemandcorrelativeaccessories,onthebaseoftheformerstudyprogeny.

TheenteringsystemofNCmachiningbearsNCmachiningalllinecoordinateordinationandcuttingentering.Theadvantageanddisadvantageofenteringsystemwillinfluencethedrivingstationofthewholemachineandprecisionguideline.Intheprocessofdesign,weshouldmakesurethattheinterringsystemmeetsthestabilityandresponsequickly.Contemporary,requirereasonablecontrolsystem.Furthermore,havealogicalchoosefortheparameterofdrivingsettings.Sothewholeenteringsystemcanmatchthemachinewhenitisworking.

TheenteringsystemofNCmachiningcenteroftypeofTHY5940settletheproblemsoftheproductautomaticallyofoneaccessorysmallproductionandcomplexaccessories.Thismachinehasanimportantroleinimprovingtheproductionofenterprisetoimprovetheproductprecisionandadvancethelongevityofmachine.

Afterthisstudy,wehaverealizedtheanticipatepurpose.Wehavecompletedtheantitypeoftheintelligentdesignsystem,andwehaveachievedthemethodofintelligentdesign.

Keywords：Numericalcontroltechnology；Numericalcontrolmachinetool；Feedsystem；Ballbearingguidescrew

THY5940型立式加工中心是為汽車/摩托車/輕工機械等行業提高生產效率而開發的新產品。該機床總體布局為工作臺固定，立柱移動式。主運動采用數字交流伺服電機拖動，可無機調速。該加工中心除針對汽車零件的加工外，還可以對其它種類的零件進行銑、鏜、鉆、擴、攻絲、平面及任何曲面的加工，它是輕工機械領域較為理想的設備，特別適合于汽車、摩托車行業以及輕工機械行業大批量生產的需要。該產品既可單機使用，也可以通過小的改動與柔性生產線聯機使用。因此，產品使用范圍廣。

根據加工特點及提高生產率的要求，采用加工和裝夾同時進行。使工作臺的一側為加工區，另一側為卸載區。加工時工作臺固定，加工完工作后，只做旋轉運動，代替交換工作臺的功能。機床的三個移動坐標(X、Y、Z)均由主軸實現。主軸箱側掛于立柱上，并實現Z向進給。立柱在滑座上移動實現Y向進給。滑座在床身上移動實現X向進給。在工作臺兩側設有螺旋排屑槽，將切屑排至機床的后面，在通過鏈式排屑器(與冷卻水箱一體)傳至切屑集中處。整機設有防護間，電器柜在防護間一側便于操作，液壓站安置在電器柜后面，從整體上設計較為合理。

目前我國數控機床的數量和品種，尚不能完全滿足國內市場需求，自2000年以來，我國數控機床年產量以平均37%的速度增長，2003年國產數控金屬切削機床年產量達到36000多臺。但由于進口機床的大量涌入，國產金切數控機床在國內市場的占有率明顯下降。2003年我國國內機床總消費為67.3億美元，其中進口機床41.3億美元，已連續三年成為世界最大的機床進口國。進口依存率113%，國內市場自我滿足率僅為44%，遠遠低于日本的86%，意大利的67%和德國的59%，可以說已威脅到我國機械制造基礎產業的安全。同時僅2003年1年，就有德國吉特邁集團，日本牧野銑床，日本豐田工，意大利利雅路集團及韓國大宇機床等在我國開辦獨資企業。在開拓國際市場的同時，中國機床企業在國內卻面臨著越來越嚴峻的競爭形式。2004年我國機床進口突破了55億美元大關。[1]

分析表明，中國機床市場目前仍分為中低端和高端兩個領域。眾多中國企業，通常是國有企業占據低端市場，“低端混戰“愈演愈烈，但高端市場則主要由外國制造商，特別是被歐洲，日本的制造商壟斷。我國汽車，航空和航天，發電，船舶，特別是軍工等行業急需的高技術數控機床75%甚至100%依賴進口。部分高檔數控機床仍然被作為戰略物資在國際市場上受到禁運限制。

但如今這一切正發生改變，新產品開發有了很大突破，技術含量高的產品山主導地位。沈陽機床集團機床股份有限公司中捷友誼)為上海磁懸浮快速列車線生產的s臺數控銼銑床組成的軌道梁生產線就是一個例子。數控機床發展的關鍵配套產品通過政府的支持有了突破和快速發展，如北京航天機床數控系統集團公司建立了具有自主知識產權的新一代開放式數控系統平臺;煙臺第_機床附件)開發為數控機床配套的多種動力卡盤和過濾排屑裝置。我國機床市場正形成以數控機床為主流的消費，但我國在數控機床網絡化方面與國外仍然有很大差別。

本機床為THY5940型立式銑鏜加工中心，產品規格為400*630*2。

技術參數

項目單位規格

型號THY5940

工作臺尺寸mm400x630x2

承重kg500

立柱橫向行程Xmm600

立柱縱向行程Ymm400

主軸箱垂直行程Zmm600

工作臺回轉C0°\180°

主軸錐孔ISO7:24No.40

主軸轉速r/min45-6000

主軸最大扭矩N.m

180

主電機功率kw7

主軸中心到立柱導軌面距離mm530

主軸端面到工作臺面最小距離mm210

切削進給X、Y、ZMm/min1-10000

快速移動X/Y/Zm/min24/24/15

刀庫容量把16

定位精度X、Y、Zmm±0.005

重復定位精度X、Y、Zmm±0.003

機床重量kg10000

機床外形尺寸(長x寬x高)mm2760x2850x2725

目錄

摘要I

ABSTRACTII

第1章引言1

第2章THY5940簡介4

2.1機床的設計參數4

2.2機床坐標與進給傳動機構5

第3章進給系統的設計計算6

3.1數控機床進給傳動系統機械結構6

3.1.1進給傳動系統的機械結構6

3.1.2設計傳動系統時應注意的問題7

3.1.3傳動過程中的關鍵元件8

3.2滾珠絲杠的選擇9

3.3絲杠拖動電機的確定9

3.3.1絲杠的轉動慣量J9

3.3.2電機的選擇10

3.4剛度計算11

第4章滾珠絲杠副的校驗與進給系統誤差分析13

4.1機床定位精度與絲杠精度13

4.2滾珠絲杠的疲勞強度13

4.3死區誤差的分析14

4.4由傳動剛度的變化引起的定位誤差14

第5章機床的總體設計思路16

5.1主軸箱平衡和主軸箱拖動16

5.2滑座及立柱拖動16

5.3床身及滑座拖動16

5.4機床的防護系統17

結論18

篇(6)

針對“雨水自動感應晾衣架”，在百度學術中可以搜索到多篇碩士學術論文，有的甚至洋洋灑灑七八十頁。解決方案中大多運用到單片機、運放等小學生甚至中學生都無法厘清的概念和內容。如何讓這個項目“落地”成為小學生“跳”一下能夠到的案例，一直是我腦中縈繞的問題。Arduino開源硬件與眾多傳感器的絕佳組合讓這個“落地”問題迎刃而解。Arduino開源硬件不需要學生懂得單片機、運放的原理，只需大致了解傳感器的種類用途即可。某碩士論文涉及的電源電路、時鐘電路、復位電路、按鍵電路等可以一概忽略。當然，每個問題的解決都不會一帆風順，期間曲曲折折在所難免。

曲折之一：方案如何優化細化

課堂上，我事先作了“翻轉”設計，課前拋出問題讓學生百度各種解決方案，包括淘寶上的成品自動雨水感應晾衣架，然后在課堂上集思廣益，比一比誰的方案能在眾多方案里勝出？還是需要優勢組合？最終學生們形成的設計預案如下。

設計一個雨水感應自動收衣裝置，當雨水感應器上滴到雨滴或者天色明顯變暗時，啟動機械臂把衣服收進陽臺。如果雨水感應器上的水滴被曬干（雨轉多云），光線又足夠亮時，衣服再次曬出。主人可以設置預約收衣時間。并且對是否雨后重新曬出作出預設。S4A控制畫面同步運行。

以上要求進一步分解后具體要達到以下控制：（1）有雨或者光線明顯變暗時，收衣服。（2）當天空放晴、光線變亮，且傳感器上雨水被曬干時，衣服重新曬出。（3）主人可以預設收衣時間。此時無論天氣如何，衣服強制收回。（4）主人可以手動收衣或者定r收衣，此兩種模式收好衣服后不再晾出。

此環節的產品技術設計思維訓練得到了充分的體現，學生要針對在自己周圍每天都要發生的問題模擬產品設計工程師進行設計及分解。

曲折之二：機械傳動如何設計

學生在設計方案時碰到的第一個攔路虎，不是來自電子線路，而是機械傳動部分。圖1所示開窗器按供電模式分有24V直流、220V交流兩種，其中按開窗器機械臂行程長短又有100mm到1500mm等不同種類。本例所有24V直流電，當正接時機械臂伸出，反之縮回。

圖2看似簡單的機械結構，是社團學生溝通、爭論了很久才有的結果。首先，淘寶上對開窗器的介紹寥寥數字，很多具體問題需要直接跟淘寶店主溝通。比如，產品大都與配套的升降（或開合）控制盒一起銷售，能否拆分購買等具體問題；沒有控制盒，Arduino 又如何擔當起智能控制的重任？

曲折之三：S4A控制的畫面如何同步變化

下載3DMAX陽臺模型（可直接使用軟件包中模型）、衣架模型后，利用標準基本體構建衣架及開窗器機械臂模型。由于MAX模型中的元素較多，建議按圖3所示對衣架進行“成組”操作。

按F10對衣架運動中的幾個關鍵幀分別渲染，注意本例下載的模型須安裝V-RAY插件，并在公用―指定渲染器中選擇V-RAY渲染器。

曲折之四：如何實現開窗器機械手的伸縮

當了解到24V直流電機正負極倒置后伸縮方向即相反后，有學生搜索關鍵詞“直流電機正反轉 繼電器”繪制出圖4所示控制線路。經反復推演各種可能，均不會造成短路事故。

曲折之五：開窗機的電機本身沒有到位后自動停止功能，如果開窗或者貫穿機械臂到位后繼續加電，將對電機造成傷害，此問題如何破解

有學生稱可以設置時間，但是馬上又有學生質疑，當掛的衣服重量不同時，造成的阻力不同，時間不是一個定量。后來有學生詢問淘寶商家后找到了解決辦法，如圖5在數字口2、3分別安裝兩個磁感應開關，相關的動臂上安裝永磁鐵。當檢測到機械臂運作到位后，立即停止供電。

曲折之六：腳本如何設計

曬衣部分腳本：當綠旗被點擊時，當系統檢測到接在模擬口0的光線傳感器數值大于800，光線充足，并且接在模擬口5的雨水傳感器上無水滴，數值小于50，則廣播曬衣服。

收衣部分腳本：分三個條件語句，第一是檢測光線數值小于150則收衣。第二是檢測雨水傳感器數值大于100則收衣。第三是按鈕傳感器大于1000即接通狀態則自動收衣。

預約收衣部分腳本：當綠旗被點擊時，先詢問預約多少小時后收衣，然后將輸入值賦予變量t，計時器歸零。計時器單位為秒，因此變量t須乘3600。當計時器數值大于預設時間，廣播收衣服。

曲折之七：學生開始編制腳本時發現繼電器反復被觸發，“噠噠”聲不斷，這對繼電器及控制終端都不是好事，如何解決

為了防止繼電器反復被觸發，損傷電機及其他器件，分別設置變量k、m，當條件已符合時分別設定為1。然后將相關變量不等于1，即等于1不成立，作為條件語句的必備條件之一。

當曬衣觸發時，變量K為1，當收衣觸發時變量M為1。如果系統對兩個事件依次觸發一遍。如果不對相關變量清零，則造成太陽出來后或者下雨了系統不再有響應。所以要對K賦值1的同時，要對M清零。反之也一樣。

由于手動收衣及定時收衣要求之后即使符合曬衣條件時也不再觸發，所以不再對M清零操作。為保險起見，建議在對K賦值1的同時，添加給變量M賦值1的語句。

美國機器人協會給機器人下的定義是：一種可以重新設定程序、多功能的機械手，經由事先設計好的各種可變動作，搬運材料、零件、工具或其他特殊裝置，以執行不同的工作任務。機器人在面對變化與不確定的工作環境與程序時，具有一定的判斷能力。從這個機器人的定義上看，“雨水感應收衣裝置”也可以視為一個機器人項目。學生在這個項目的學習過程中遇到的問題事實上遠不止以上所列，但是在教學一線將會感受到學生的潛力遠超你的想象：沒有短接線，學生將廢舊網絡線“開膛破肚”，開窗器沒有電源，學生搬來家里的鋰電池，機械手沒人愿意接手加工，學生找到親戚幫忙。有的學生在家里是“專業”負責淘寶的，因此跟店家的“旺旺”交流使問題“豁然開朗”，比如，磁感應裝置就是學生從“店小二”那里問來的。當然，在“工作坊”教學模式下，教師必要的協助與引導，也會如及時雨般解決問題。

篇(7)

論文摘要 ：齒輪是機器、儀器中使用最多的傳動零件，尤其是漸開線圓柱齒輪的應用更為廣泛。齒輪是一個較復雜的幾何體，對單個齒輪的齒廓加工誤差國家標準規定了17種控制參數，根據齒輪使用要求的不同，對以上17個參數控制的要求也不同。如何確定齒輪的精度等級以及依據其精度等級確定相關控制參數的公差值，是齒輪設計的關鍵所在。

傳統的設計方法是依據經驗用類比法，結合查表及大量繁雜的公式計算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對各參數進行優化及篩選，很難保證齒輪精度設計的合理性。因此，借用了輔助軟件對齒輪的幾何參數進行計算后，對齒輪精度的設計及其相關的數據進行計算機處理，使齒輪的精度設計達到快速、準確、合理，齒輪設計起來就沒那么費時和吃力了。

引 言

現行的機械行業中在齒輪設計的過程里，非常缺乏對幾何參數計算的比較統一的軟件，很多時候只是采用手工計算、取大概的數值，對于一些比較復雜的齒輪來說，制造出來的齒輪存在誤差較大。傳統的設計方法是依據經驗用類比法，結合查表及大量繁雜的公式計算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對各參數進行優化及篩選，很難保證齒輪精度設計的合理性。因此，借用了輔助軟件對其進行計算后，對齒輪精度的設計及其相關的數據進行計算機處理，使齒輪的精度設計達到快速、準確、合理，齒輪設計起來就沒那么費時和吃力了。我國現有（1）GB/T10095。1-2001漸開線圓柱齒輪精度第一部分：輪齒等效ISO1328-1。（2）GB/T10095。2-2001漸開線圓柱齒輪精度第二部分：徑向綜合等效ISO1328-2。

1. 漸開線圓柱齒輪幾何參數計算相關研究綜述

1.1漸開線圓柱齒輪國內的研究現狀

1.1.1齒輪的簡介

標準齒輪的結構構造圖如圖1。

圖1 齒輪構造圖

齒輪的組成結構一般有輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓和分度圓。

輪齒簡稱齒，是齒輪上每一個用于嚙合的凸起部分，這些凸起部分一般呈輻射狀排列，配對齒輪上的輪齒互相接觸，可使齒輪持續嚙合運轉；基圓是形成漸開線的發生線作純滾動的圓；分度圓，是在端面內計算齒輪幾何尺寸的基準圓。

漸開線齒輪比較容易制造，且傳動平穩，傳遞速度穩定，傳動比準確，漸開線圓柱齒輪是機械傳動量大而廣的基礎零部件，廣泛在汽車、拖拉機、機床、電力、冶金、礦山、工程、起重運輸、船舶、機車、農機、輕工、建工、建材和軍工等領域中應用。因此現代使用的齒輪中，漸開線齒輪占絕多數，而擺線齒輪和圓弧齒輪應用較小。

1.1.2研究現狀

我國1960 年以前沒有圓柱齒輪精度標準，直接應用蘇聯TOCT 1643—46標準，1958年起原第一機械工業部組織力量著手研究，經過分析、研究和驗證蘇聯TOCT 1643—56標準，制訂和頒布JB 179—60《圓柱齒輪傳動公差》機械工業部部標準。對當時機械工業的發展起到積極推動作用，很快達到世界五十年代水平，在七十年代末國家機械工業改革開放，要求迅速趕上世界齒輪發展步伐，機械工業部領導下決心，直接以ISO 1328—1975國際基礎修訂JB 179—60標準，以等效采用ISO 1328—1975標準，頒布JB 179—81和JB 179—83漸開線圓柱齒輪精度機械工業部部標準，大力進行宣貫，促進圓柱齒輪精度質量明顯的提高。同時帶動國內齒輪機床、刀具和量儀的發展，于1998年由技術監督局頒布為GB 10095—88漸開線圓柱齒輪精度國家標準。我國在改革開放，發展經濟的政策指示下，大量引進德國、日本等西方工業發達國家的工業機械產品，而配件需要國產化，JB 179—83和GB 10095—88標準已不相適應，一方面鼓勵直接采用德國、日本和美國標準，另一方面以宣貫行政文件形式進行補充。提出齒距偏差、齒距累計誤差、齒向誤差四個為必檢項目評定齒輪精度等級。宣貫中發現達到齒形誤差精度最難。其齒形的齒端部規定不夠合理，齒形精度達到要求但齒距精度尚有一定的富余而不相協調。部分先進企業總結國內外技術經驗，采取積極的技術措施，生產出與世界水平相當的齒輪產品。以上這些與ISO1328-1997標準相對照，在很多關鍵地方是不謀而合。當前我國在重大機械裝備中所需漸開線齒輪都可以國產化。現行GB 10095—88漸開線圓柱齒輪精度國家標準是等效采用ISO 1328—1975國際標準的，現在國際上已將ISO 1328—1975標準作廢由ISO1328-1997標準代替。1997年由國家技術監督局下任務對GB 10095—88標準進行修訂，經過對ISO1328-1997標準翻譯、消化和征求各方面意見，絕大多數認為我國齒輪產品應與國際接軌，促進國際和國內齒輪產品的貿易，發展齒輪生產。修訂GB 10095—88國家標準應等同采用ISO1328-1997國際標準。

目前國家技術監督局和國家機械工業局鼓勵要求技術進步迫切和有條件的齒輪制造企業，直接采用ISO1328-1997國際標準作為企業標準生產齒輪先行一步，深入、充分發揮ISO1328-1997國際標準作用，為本企業真正提高齒輪性能質量、降低制造成本提高經濟效益，走入國際市場

。

我國現有（1）GB/T10095。1-2001漸開線圓柱齒輪精度第一部分：輪齒等效ISO1328-1。（2）GB/T10095。2-2001漸開線圓柱齒輪精度第二部分：徑向綜合等效ISO1328-2。

1.2課題研究的意義

齒輪是機器、儀器中使用最多的傳動零件，尤其是漸開線圓柱齒輪的應用更為廣泛。齒輪是一個較復雜的幾何體，對單個齒輪的齒廓加工誤差國家標準規定了17種控制參數，根據齒輪使用要求的不同，對以上17個參數控制的要求也不同。如何確定齒輪的精度等級以及依據其精度等級確定相關控制參數的公差值，是齒輪設計的關鍵所在。傳統的設計方法是依據經驗用類比法，結合查表及大量繁雜的公式計算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對各參數進行優化及篩選，很難保證齒輪精度設計的合理性。因此，借用了輔助軟件對其進行計算后，對齒輪精度的設計及其相關的數據進行計算機處理，使齒輪的精度設計達到快速、準確、合理，齒輪設計起來就沒那么費時和吃力了。

1.3設計的研究思路與研究的重點

本設計的研究重點是漸開線圓柱齒輪傳動設計的計算。研究外嚙合齒輪和內嚙合齒輪傳動的主要幾何參數計算、齒輪齒厚計算、精度計算和強度計算，幫助實現齒輪的合理設計。

2. 漸開線圓柱齒輪幾何參數計算的輔助軟件的主要研究內容

2.1齒輪傳動設計步驟

齒輪傳動設計步驟：

1、簡化設計：根據齒輪傳動的齒數、嚙合角和模數等，確定中心距等主要參數。

2、幾何設計計算：設計和計算齒輪的基本參數，并進行幾何尺寸計算。如：計算分度圓直徑、齒高、齒頂高、齒根高、基圓直徑等。

3、齒厚測量尺寸計算：根據上步的計算結果和已知參數，計算齒輪的齒厚參數。如：固定弦齒厚、固定弦齒高等參數。

4、精度計算：計算出齒輪的精度測量參數，如：各級精度等級、齒厚上/下偏差、側隙公差、最小/大極限側隙等。

5、強度校核：在基本參數確定后，進行精確的齒面接觸強度和齒根彎曲強度校核。分別將計算出的接觸/彎曲強度允許傳遞功率與已知功率相比較，如果都大于實際功率，則所設計的齒輪強度過關。

6、如果校核不滿足強度要求，可以返回2)，修改參數，重新計算。課題研究的主要內容就是設計一個進行齒輪設計的計算軟件，現在課題是幾何尺寸計算，主要應集中在此，精度只是其中一部分。在設計漸開線圓柱齒輪時會計算出其齒數、齒形和齒高等。

2.2漸開線圓柱齒輪幾何參數 2.2.1外嚙合標準圓柱齒輪傳動幾何尺寸計算

外嚙合標準圓柱齒輪傳動參數計算如表1。

表1 外嚙合標準圓柱齒輪傳動參數

齒形角

齒頂高系數

徑向間隙系數

齒根圓角半徑系數

m由強度計算或結構設計確定，一般傳遞動力的齒輪m>=1

β按推薦值或按中心距條件確定

一般希望a為標準數值或圓整的數值

2.2.2外嚙合高度變位齒輪傳動的幾何尺寸計算

外嚙合高度變位齒輪傳動的參數計算如表2。

表2 外嚙合高度變位齒輪傳動的參數

2.2.3內嚙合標準齒輪傳動的幾何尺寸計算

內嚙合標準齒輪傳動的參數計算如表3。

表3 內嚙合標準齒輪傳動的參數

齒寬

2.2.4內嚙合高度變位齒輪傳動的幾何尺寸計算

內嚙合高度變位齒輪傳動的參數計算如表4。

表4 內嚙合高度變位齒輪傳動的參數

s(_)c =s(_)c*m(s(_)c*可查表)

h(_)c =0.5(da-d-s(_)ctgα)或

2.3本課題研究目標

計算出漸開線齒輪的模數、齒數、齒形、齒高、變位、基準齒形和參數（GB/T1356-1988）、模數系列（GB/T1357-1987）、傳動類型和基本參數、變位系數的選擇、漸開線圓柱齒輪的齒厚測量計算、精度選擇和強度計算。

本課題研究的幾何尺寸計算的適用范圍包括：

1、標準圓柱齒輪（直，螺旋）

2、外嚙合(高度變位)圓柱齒輪（直，螺旋）

3、內嚙合標準齒輪（直齒）

4、內嚙合(高度變位)圓柱齒輪(直，螺旋)

3. 軟件的具體實現 3.1系統實現的環境

本設計軟件使用C#語言開發，開發平臺為VS2005軟件，運行環境是Windows XP

3.2軟件的總流程圖

圖2 程序總流程圖

轉貼于

3.3軟件實現的主界面

圖3 計算外嚙合齒輪副時的界面

圖4 計算外嚙合齒輪副時的界面

圖5 精度計算時的運行界面

3.4 實現的部分代碼 3.4.1實現的主要功能

1、 外嚙合齒輪幾何參數和齒厚計算的功能模塊

private void button1_Click(object sender， EventArgs e)

//外嚙合計算

{

if (tBoxα.Text != "20")

//判斷輸入是否為標準輸入

str = "請輸入標準齒形角α！\n";

else if (Convert.ToInt32(tBoxβ.Text) < 0 || Convert.ToInt32(tBoxβ.Text) > 45)

str += "請選擇合理的螺旋角β！\n";

else if (Convert.ToInt32(tBoxha.Text) != 1)

str += "請選擇合理的齒頂高系數！\n";

else if (Convert.ToDouble(tBoxc.Text) != 0.25)

str += "徑向間隙系數選擇不正確，請重新填寫！\n";

else if (Convert.ToDouble(tBoxr.Text) != 0.38)

str += "齒根圓角半徑系數選擇不夠準確！\n";

else if (Convert.ToDouble(Convert.ToInt32(Convert.ToDouble(tBoxZ1.Text))) != Convert.ToDouble(tBoxZ1.Text) || Convert.ToDouble(Convert.ToInt32(Convert.ToDouble(tBoxZ2.Text))) != Convert.ToDouble(tBoxZ2.Text))

str += "齒數請輸入為整數！\n";

else

//分別把輸入的值賦給各變量

{

α1 = Convert.ToInt32(tBoxα.Text);

β1 = Convert.ToDouble(tBoxβ.Text);

α2 = Math.PI * α1 / 180;

β2 = Math.PI * β1 / 180;

n = Math.Cos(β2);

u = 1;

m = Convert.ToDouble(tBoxm.Text);

ha = Convert.ToInt32(tBoxha.Text);

hat = ha * n;

c = Convert.ToDouble(tBoxc.Text);

ct = c * n;

r = Convert.ToDouble(tBoxr.Text);

rt = r * n;

if (tBoxpa_s.Enabled)

//標準齒輪幾何參數計算

{

Z0 = Convert.ToInt32(tBoxZ1.Text);

ha01 = ha * m;

hf0 = 1.25 * m;

h0 = ha01 + hf0;

if (tBoxβ.Text != "0")

{

a0 = Z0 * m / n;

d0 = m * Z0 / n;

}

else

{

a0 = Z0 * m;

d0 = m * Z0;

}

a = a0;

da0 = d0 + 2 * ha01;

df0 = d0 - 2 * hf0;

db0 = d0 + Math.Cos(α2);

pa = Math.PI * m * Math.Cos(α2);

//標準齒輪齒厚計算

sc0 = 0.5 * Math.PI * m * Math.Cos(α2) * Math.Cos(α2);

hc0 = ha01 - Math.PI * m * Math.Sin(2 * α2) / 8;

invαt = Math.Tan(α2) - α2;

if (tBoxβ.Text != "0")

{

s0 = m * Z0 * Math.Sin(Math.PI * n * n * n / (2 * Z0)) / (n * n * n);

ha02 = 0.5 * da0 - (0.5 * m * Z0 / (n * n * n)) * (Math.Cos(Math.PI * n * n * n / (2 * Z0)) - Math.Sin(β2) * Math.Sin(β2));

k0 = (α1 / 180) * Z0 + 1;

W0 = (Math.PI * (k0 - 0.5) + Z0 * invαt) * m * Math.Cos(α2);

}

else

{

s0 = m * Z0 * Math.Sin(Math.PI / (2 * Z0));

ha02 = 0.5 * da0 - 0.5 * m * Z0 * Math.Cos(Math.PI / (2 * Z0));

k0 = (α1 / 180) * Z0 + 1;

W0 = (Math.PI * (k0 - 0.5) + Z0 * invαt) * m * Math.Cos(α2);

}

}

計算外嚙合和內嚙合各種齒輪，原理基本一樣，重點注意的是取值的精確度問題，以及弄清各參數之間的關系，以便于計算，避免數值的混淆。

2、確定部分重要精度參數的取值函數

public static int fpb_value(double x， double y， string z)

//基節極限偏差fpb取值

{…}

public static int Fβ_value(int x， string y)

//齒向公差Fβ取值

{…}

public static double fa_value(double x， string y)

//中心距極限偏差fa取值

{…}

public static int fpt_value(double x， double y， string z)

//齒距極限偏差fpb取值

{…}

public static int Fr_value(double x， double y， string z)

//齒圈徑向跳動公差Fr取值

{…}

public static double br_value(string x， double d)

//切齒徑向進刀公差br取值

{…}

public static char code_value(double x)

//偏差代號

{…}

3.4.2軟件實現和傳統人工計算的比較

對齒輪進行設計時，傳統的人工計算具有很大的局限性，下面就列舉兩個比較突出的例子進行比較說明。

1、在計算幾何參數時，已知參數invα且invα=tanα-α，要番過來求α的值，此設計中我使用的二分法查找的思想來求解（代碼如下），其中取值的精度精確到了10-8。如果如此龐大的計算量進行人工計算，工作量可想而知，而且有存在很大的誤差甚至是錯誤的可能，但借用了此計算機輔助軟件，立刻就可以得到滿意的答案。

private double inv(double x)

{

double f = 0， r = Math.PI / 2， b， fun;

//設置變量f，r，b，fun

b = Math.PI / 4;

//因為0

fun = Math.Tan(b) - b;

//求出當b=π/4時fun的值

while (Math.Abs(fun - x) > 0.00000001)

//當誤差小于10-8時跳出循環

{

if (fun - x > 0)

//若fun大于x，取中間值的左邊區間進行循環

{

r = b;

b = (f + r) / 2;

//取新區間的中值

fun = Math.Tan(b) - b;

}

else if (fun - x < 0)

//若fun小于x，取中間值的右邊區

{

間進行循環

f = b;

b = (f + r) / 2;

//取新區間的中值

fun = Math.Tan(b) - b;

}

else

//若fun與x的值相等，跳出循環

break;

}

return(b);

}

求解過程流程圖如下圖圖6。

圖6 用二分法求解過程流程圖

2、求內嚙合高度變位齒輪的齒厚尺寸的大輪固定弦齒高和分度圓弦齒高時，公式如下：

1）固定弦齒高：

hc2 = 0.5 * (d2 - da2 - sc2 * Math.Tan(α2)) + 0.5 * da2 * (1 - Math.Cos(δa2));

其中，有需要計算參數δa2：

δa2 = Math.PI / (2 * Z2) - invαt - 2 * Math.Tan(α2) * x2 / Z2 + invαa2;

2）分度圓弦齒高：

ha2L = 0.5 * d2 * (Math.Cos(delta) - Math.Sin(β2) * Math.Sin(β2)) / (n * n) - 0.5 * da2 + 0.5 * da2 * (1 - Math.Cos(δa2));

其中，又需要計算參數delta：

delta = (Math.PI / (2 * Z1) + 2 * x1 * Math.Tan(α2) / Z1) * n * n * n;

如此繁雜、工作量大的計算量，進行人工計算同時也是件很苦難、很難實現的事情。

4.結論

正由于在產品的設計過程中齒輪幾何參數的選擇是影響產品具有良好的嚙合和節能低耗效果的重要因素，如果齒輪在設計時參數的選擇不夠精確，只是采用人工憑經驗的估算（而且有存在計算錯誤的風險），將直接影響所生產產品的質量，有損企業的發展。借助計算機輔助軟件，就可以很大程度上減低了這方面的成本和風險。在加工齒輪時，技術人員經常要進行各種齒輪幾何及嚙合參數的計算。傳統方法用手工、計算器及查表計算、速度慢、精度低，即使是價格較貴的可編程計算器也遠不能滿足高精度復雜計算的要求。而市場上用于齒輪計算的軟件都較貴，且不適合部分中小企業的設計需要。為此，設計了此漸開線圓柱齒輪的幾何參數計算的計算機輔助軟件。

參考文獻

①江耕華，胡來瑢，陳啟松等.機械傳動設計手冊（上冊）[M].北京：煤炭工業出版社，1982.

②齒輪精度國家標準宣貫工作組.齒輪精度國家標準應用指南[M].北京：兵器工業出版社，1990.

③北京業余機械學院工人班集體.齒輪原理與制造[M].北京：科學出版社，1971.

④馬駿.C#網絡應用編程基礎[M].北京：人民郵電出版社，2008.