机械传动论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇机械传动论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

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关键词：齿轮传动系统振动特性

中图分类号：U223.5+13文献标识码：A

1齿轮传动振动国内外研究概况

研究表明：机械的振动和噪声，其中大部分来自齿轮传动工作时产生的振动，因此机械传动中对齿轮动态性能的要求就更为突出。要满足这一要求，人们开始把越来越多的注意力转向齿轮传动的动态性能研究。具体地说，就是研究齿轮传动系统的动载荷、振动和噪声的机理、计算和控制。就需要从振动角度来分析齿轮传动装置的运转情况，并按动态性能最佳的目标进行设计。

为了解决上述问题，以研究齿轮传动和噪声特性为主要内容的齿轮动力学十多年来得到了较广泛的重视和研究，日本机械工程学会1986年对齿轮实际调查与研究表明，评价齿轮高性能化的前两项分别为低噪声和低振动。1992年在美国机械工程协会主办的第六届机械传动国际学术会议(6th Intenational Power Transmission and Geartng Conference)上，齿轮动力学研究得到了普遍的重视，宣读论文占总数的21％，列数的第一位，突出表明了齿轮传动向高速、重载方向发展后，其动力学研究的紧迫性。我国于1984年成立了机械工程学机械传动分会齿轮动力学会组，并成功地举行了三次全国齿轮动力学学术会议，促进了我国学者在这一领域内的发展。

对于齿轮轮齿的误差激励，早在1958年，Harris就认为它是引起齿轮振动的三种主要内部激励之一。七十年代许多学者（W.D.Mark，A.W.Lee，D.B.Welbowrn等）研究过传递误差的统计性质及其对齿轮振动和噪声的影响。其中T.Tobe研究过齿轮动载荷的统计特性，首先建立了直齿轮系统的非线性Fokker-Planck方程，并由此推出了矩方程，然后用统计线性化方法求解，从而得到响应的前二阶矩。在分析中，他们把静传递误差分解为确定性分量和随机分量，并将随机分量表示成“经滤波的白噪声”。1985年，A.S.Kumar等分析了直齿轮动载系数的统计特性，随机输入是传递误差，处理成经时不变的成形滤波器滤波的高斯白噪声。推出了等效离散时间状态方程和均值，方差波动方程，以确定啮合位置随机误差幅值和运转速度等对动载系数均值和方差的影响。

2齿轮传动动态特性研究现状

齿轮传动动态特性的研究大体上可分为两大部分：齿轮传动系统振动特性的研究和齿轮结构振动的研究。

2.1齿轮传动系统振动特性的研究

齿轮传动系统振动的主要激励为随时间变化的啮合刚度、齿轮误差和不稳定载荷，它是一个参数自激振动系统，齿轮传动的振动包括径向、周向和轴向的振动。关于直齿轮刚度计算已有比较成熟的Weber―Banaschek公式。由于斜齿轮接触线沿齿宽是倾斜的，因此在计算斜齿轮啮合刚度时，首先需要研究斜齿轮的载荷分布及轮齿变形。受计算手段的限制，早期的研究是把斜齿轮轮齿假设成由大量独立的法向薄片所组成(即“薄片”理论)，各薄片的变形是独立的。建立在这种模型下的斜齿轮载荷分布计算，忽略了各片之间的相互影响，进一步的研究是将斜齿简化成一刚性或弹性夹持的悬臂扳。由于悬臂扳几何形状与轮齿相差较大，因此所得结论很少校用来研究载荷分布，大多以此研究由载荷引起的变形及齿根弯矩。Monch和Roy用冻结法对环氧树脂齿轮的载荷分布做了光弹性实验。Conry和Seireg用线性规划技术计算了斜齿轮接触线上的载荷分布，其轮齿变形被分成弯曲变形，接触变形、支承变形等，用材料力学和赫兹变形公式计算各变形分量。Mathis和Simon用三维有限元研究了斜齿轮的载荷分布和变形。Nicmann和BhthBe及Nicmann和winter是将接触线的总长度变化用来估计齿轮的刚度波动。著名齿轮动力学专家、日本东京工业大学Umezawa用齿轮的有限差分模型对斜齿轮沿接触线的裁荷分布等作了理论分析后，对一对有限齿宽齿轮的载荷分布和啮合刚度特性进行了一系列的研究，并根据齿轮端面重合度εα和轴面重合度εg的大小判断齿轮啮合刚度波动的幅值(即计算振动幅)大小[8][9]。由于Umezawa是通过一等效悬臂梁的有限差分模型总结出的斜齿变形公式，因而他的研究尚无法考虑齿轮结构尺寸的影响。

Umezawa通过实验和仿真计算研究认为在相同误差情况下，端面重合度εα和轴面重合度εg相同的齿轮副的振动水平是一样的。在国内，齿轮系统动态方程求解的方法主要有状态空间法、复富氏系数法和富氏级数(Fourier serics)法。这些方法都不同程度地简化了齿轮传动系统振动特性的求解，保留了系统的参变和整体特性。为了设计出具有良好动态降性和低噪声齿轮传动系统，近年来人们对影响齿轮传动系统动态特性的因素做了不少理论计算和实验研究。采用柔性辐板齿轮结构是降低齿轮传动噪声，提高齿轮传动乎稳性的又一主要措施，Berestnev的实验研究表明，通过改变轮体结构尺寸，可使齿轮的弯曲、接触疲劳强度增加1．2～1．4倍，寿命增加1．5～2倍，振动噪声减小6～8dB。国内对钢轮毂、橡胶轮辐的柔性幅板齿轮系统的降噪特性进行了实验研究，结果表明在模数较大的场合，其降噪效果在7dB左右，减振效果为50％，高频噪声可下降6～18dB。

2.2 齿轮结构振动的研究

齿轮结构固有频率及振型、动态响应和动应力的研究是建立在一般结构振动计算方法基础上的。为了避免共振，防止颤振，或者是研究其响应问题，一般都要求先计算结构的模态，目前在计算结构动力学问题中虽为有效的数值方法是有限单元法。

然而，随着结构日益复杂化、大型化的发展，使人们不得不将眼光放在各种节省计算内存的求解方法上。这些促进了各种降阶技术和动态子结构技术的兴起和发展。如果将求解静力问题的波前法用于子空间迭代法中，就能使一般工程结构问题可以在微机上求解。由于在国内外曾发生多起齿轮轮体的共振导致的破坏事故，所以齿轮轮体固有振动特性的研究得到国内外的普通关注。这在对齿轮传动安全运行要求很高的航空工业来说尤其重要。美国波音费托尔公司(Boeing Vetrol)就是用有限元法来预测齿轮结构的共振频率。国内外对盘形圆锥齿轮结构固有振动特性进行了大量的理论和实验研究，取得了一批非常有价值的结论。Oda用Miller公式计算了具有不同福板支承形式的薄轮缘直齿轮结构的固有频率，研究了其传动系统的振动加速度。国内外的理论和实验研究表明，齿轮结构的行波共振会造成齿轮的成块断裂。

参考文献：

[1]陈予恕．非线性振动．天津:天津科技出版社,1983,251

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中图分类号：TD528文献标识码：A文章编号：1003-2738（2011）12-0283-01

摘要：减速机是机械传动系统的重要组成部分，保障其稳定安全运转十分重要。本文在介绍减速机的工作原理的基础上，分析了减速机运行过程中出现的常见故障及故障发生的原因，对各种故障提出相应的解决对策，并对指出了减少减速机故障的预防措施，对降低减速机在运行中发生的故障具有重要意义。

关键词：减速机；故障；处理方法；预防措施

一、引言

减速机是一种利用齿轮的速度转换器将电机的回转数减速到所要的回转数的动力传达机构，用来降低转速并相应地增大转矩。第一次工业革命以来，减速机作为独立的产品迅速发展壮大，其在工业设备中的应用渗透于冶金、物流、石化、化工、环保、国防等国民经济各个领域。作为生产中的关键生产设备，减速机在传递动力与运动的机构中已得到了相当广泛的应用，大到机械工业中的自动化生产设备、汽车、机车及建筑等用的重型机具，小到日常生活中常见的家电，钟表等，都可以见到减速器的踪迹。因此开展减速机常见故障及处理方法研究对保障减速机械的可靠性运行变得尤为重要。

二、减速机的工作原理和分类

在现代化工业生产中绝大部分的生产机械是采用电动机来拖动。机械传动系统基本结构如图1所示，它是由原动机、传动机构和生产机械三部分组成[1]。减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，是原动机与工作机之间独立的闭式传动装置。从图1可以看出，减速机是装在原动机与工作机之间，用来降低转速和相应地改变其扭矩。减速机通常分单级传动和多级传动两类，不论是何种传动方式的减速机，构成其内部结构的零部件都是由轴、轴承、齿轮、联轴器、机壳等组成

图1 机械传动系统基本结构

三、减速机常见故障原因及处理方法分析

作为生产中的关键生产设备，保障减速机的安全运转十分重要。当减速机出现异常情况时，一般由轴、轴承、齿轮、联轴器、机壳等零部件出现故障所引起的，因此，减速机的故障原因的查询也就是针对这几种零件的故障诊断，如果能对这些零部件出现故障引发减速机故障做出准确的判断，则可以对减速机运行过程中出现的问题及时做出判断和处理，保证机组运行的安全。目前减速机常见的主要故障类型有四类：1.轴不平衡；2.轴不对中；3.滚动轴承故障；4.齿轮故障[2]。

不平衡是减速机最常见的故障。引起转子不平衡的原因有：结构设计不合理，制造和安装误差，材质不均匀，运行中转子的腐蚀、磨损、结垢、零部件的松动和脱落等。轴不对中通常是指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度。轴不对中可分为联轴器不对中和轴承不对中，联轴器不对中又可分为平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中三种情况。滚动轴承损伤或损坏将导致减速机故障，滚动轴承主要故障形式有：疲劳剥落、磨损、塑性变形、断裂、保持架损坏等。由于齿轮制造，操作，维护以及齿轮材料、热处理、运行状态等因素的不同，产生异常的形式也不同，常见的齿轮异常有齿面磨损、面胶合和擦伤、面接触疲劳及弯曲疲劳与断齿四种形式。

由于减速机运行环境恶劣，常会出现磨损、渗漏等故障，运行中的减速机很容易出现故障，故障的主要表现形式有如下几种：1.减速机轴承室磨损，其中又包括壳体轴承箱、箱体内孔轴承室、变速箱轴承室的磨损；2.减速机齿轮轴轴径磨损，主要磨损部位在轴头、键槽等；3.减速机传动轴轴承位磨损；4.减速机结合面渗漏。针对减速机磨损问题，传统解决办法是补焊或刷镀后机加工修复，但两者均存在一定弊端：补焊高温产生的热应力无法完全消除，易造成材质损伤，导致部件出现弯曲或断裂；而电刷镀受涂层厚度限制，容易剥落，以上两种方法都是用金属修复金属，无法改变“硬对硬”的配合关系。

运行中的减速机除了磨损、渗透故障外，还有渗透油、温升过高、运转声响异常及油流不循环等故障形式，其产生原因和处理方向分析详见表1。

表1 减速机常见故障及处理方法

故障现象 产生原因 处理方法

渗漏油 减速机轴同被驱动装置轴安装时对中精度低，加快了油封及轴承的磨损，形成渗漏油 重新找正及调整联轴节，保证对中精度；更换新的骨架式橡胶油封

结合面的密封垫或O型密封环损坏 按要求更换

输出轴端油封损坏或紧固环外圆表面磨损 更换新油封，或将原紧固环去掉，更换

结合面螺栓松动 将螺栓配合弹簧垫圈紧固

油中不洁物及杂物太多，使油封磨损加快 将陈油放尽，冲洗机内后，更换新油及油封

油过多，运转中形成或过高的搅拌热，导致油从油封处渗漏。 按油标的规定油面加油，切勿过多

温升过高 油或脂性能不佳 按说明书推荐的油或脂牌号，予以加足，切勿降低牌号

转臂轴承不良 按规定油面加足油；保证油泵正常工作及油路畅通

转臂轴承损坏 更换转臂轴承

运转声响异常 安装误差大，使减速机轴同被驱动装置轴对中精度太低，致使轮齿啮合及轴承运转声音异常 重新找正，调整联轴器

使用链条传动时，链条太紧 调整链条松紧度

零件损坏（如针齿套、针齿销、柱销套等） 拆机检查，修复或更换

油流不循环 油路堵塞 将油路疏通后，放尽机内陈油，冲洗机内油垢及杂物，再加入新油

油泵损坏 检查油泵，若发现零件（如泵体、凸轮、弹簧等）损坏，者应修复或更换

四、减少减速机故障的预防措施分析

对于机械传动系统生产设备，一旦减速机发生故障，会造成设备停机，给企业带来巨大损失。所以对减速机采取预防措施对防止和减少故障发生具有重要意义。减速机故障常见的预防措施有及保养，减速机通常装备有注油孔和放油塞，因此在减速机投入运转之前，工作人员应在减速机中装入建议的型号和数值的脂。其次减速机在非常规工作条件的运行时，应征询制造厂的意见。正常运行条件下减速机工作油温不能超过80℃。如果传输功率超过减速机的热容量，必须提供外置冷却装置。

五、结束语

生产实践证明，对减速机运行中的常见故障采取相应的预防措施，对于发现了的问题及时安排停机检修，做到预知维修，避免了故障状态的进一步扩大。这些措施的实施能顺应企业生产，将为企业带来可观的经济效益。

参考文献：

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论文摘要:文章对数控机床的爬行与振动故障原因作了简单分析，指出一些诊断排故的方法和策略

数控机床是集机、电、液、气、光等为一体的自动化机床，经各部分的执行功能，最后共同完成机械执行机构的移动、转动、夹紧、松开、变速和换刀等各种动作，实现切削加工任务。工作时，各项功能相互结合，发生故障时也混在一起，故障现象和原因并非简单一一对应。一种故障现象可能有几种不同的原因，大部分故障以综合形式出现，数控机床的爬行与振动就是一个明显的例子。

数控机床进给伺服系统所驱动的移动部件在低速运行时，出现移动部件开始不能启动，启动后又突然作加速运动，而后又停顿，继而又作加速运动，如此周而复始，这种移动部件忽停忽跳，忽快忽慢的运动现象，称为爬行；而当其高速运行时，移动部件又出现明显的振动。这一故障现象就是典型的进给系统的爬行与振动故障。

造成这类故障的原因有多种可能，可能是因为机械部分出现了故障所导致，也可能是进给系统电气部分出现了问题，还可能是机械部分与电气部分的综合故障所造成，甚至可能因编程有误也会产生爬行故障。

一、分析机械部分原因与对策

因为数控机床低速运行时的爬行现象往往取决于机械传动部分的特性，高速时的振动又通常与进给传动链中运动副的预紧力有关，由此数控机床的爬行与振动故障可能会在机械部分。

如果在机械部分，首先应该检查导轨副。因为移动部件所受的摩擦阻力主要是来自导轨副，如果导轨副的动、静摩擦系数大，且其差值也大，将容易造成爬行。尽管数控机床的导轨副广泛采用了滚动导轨、静压导轨或塑料导轨，如果导轨间隙调整不好，仍会造成爬行或振动。对于静压导轨副应着重检查静压是否到位，对于塑料导轨可检查有否杂质或异物阻碍导轨副运动，对于滚动导轨则应检查预紧措施是否良好。关注导轨副的也有助于分析爬行问题，导轨副状态不好，导轨的油不足够，致使溜板爬行。这时，添加油，且采用具有防爬作用的导轨油是一种非常有效的措施。这种导轨油中有极性添加剂，能在导轨表面形成一层不易破裂的油膜，从而改善导轨的摩擦特性防止爬行。

其次，要检查进给传动链。因为在进给系统中，伺服驱动装置到移动部件之间必定要经过由齿轮、丝杠螺母副或其他传动副所组成的传动链。定位精度下降、反向间隙增大也会使工作台在进给运动中出现爬行。通过调整轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧力，调整松动环节，调整补偿环节，都可有效地提高这一传动链的扭转和拉压刚度（即提高其传动刚度），对于提高运动精度，消除爬行非常有益；另外传动链太长，传动轴直径偏小，支承座的刚度不够也是引起爬行的因素。因此，在检查时也要考虑这些方面是否有缺陷，逐个排查。

二、分析进给伺服系统原因与对策

如果故障原因在进给伺服系统，则需分别检查伺服系统中各有关环节。数控机床的爬行与振动问题属于速度问题，与进给速度密切相关，所以也就离不开分析进给伺服系统的速度环，检查速度调节器故障一是给定信号，二是反馈信号，三是速度调节器自身故障。根据故障特点（如振动周期与进给速度是否成比例变化）检查电动机或测速发电机表面是否光整；还可检查系统插补精度是否太差，检查速度环增益是否太高；与位置控制有关的系统参数设定有无错误；伺服单元的短路棒或电位器设定是否正确；增益电位器调整有无偏差以及速度控制单元的线路是否良好，应对这些环节逐项检查、分类排除。

三、其它因素

有时故障既不是机械部分的原因，又不是进给伺服系统的原因，有可能是其它原因如编程误差。如FANUC 6M系统数控机床在一次切削加工时出现过载爬行。经过仔细核查，发现电动机故障引起过载，更换电动机过载消除，可爬行还是存在。先从机床着手寻找故障原因，结果核实传动链没问题，又查进给伺服系统确认无故障，随后对加工程序进行检查，发现工件曲线的加工，采用细微分段圆弧逼近来实现，而在编程中用了G61指令，也即每加工一段就要进行一次到位停止检查，从而使机床出现爬行现象，将G61改为G64指令连续切削，爬行消除。

如果故障既有机械部分的原因，又有进给伺服系统的原因，很难分辨出引起这一故障的主要矛盾，这是制约我们迅速查出故障原因的重要因素。面对这种情况，要进行多方面的检测，运用机械、电气、液压等方面的综合知识，采取综合分析判断，排除故障。

数控机床是技术密集和知识密集的设备，故障现象是多样的，其表现形式也没有简单的规律可遵循，这就要求维修的技术人员要有电子技术、计算机技术、电气自动化技术、检测技术、机械理论与实践技术、液压与气动等较全面的综合技术知识，还要求具有综合分析和解决问题的能力。

参考文献：

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关键词：普通机床 数控改造 结构设计 精度 郑州论文 开题报告

一、课题概述、背景及意义

工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、fmc、fms外，还包括在产品开发中推行cad、cae、cam、虚拟制造以及在生产管理中推行mis(管理信息系统)、cims等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重(数控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年已达20.8%，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。

微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。① 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 ②可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。③ 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。④ 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。⑤ 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条派生的好处如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力(一个人可以看管多台机床)，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。此外，机床数控化还是推行fmc(柔性制造单元)、fms(柔性制造系统)以及cims计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。机床数控化改造有以下优点：①节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。②性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。③提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。

在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。

目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3%。我国大量的普通机床应用于生产第一线，用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求，所以必须大力提高机床的数控化率。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能;另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±0.01，已能满足加工零件的精度要求。这几年，国家加大了对这类机床的改造力度，国防科工委更是推行了万台机床数控化计划，车床、铣床的数控化改造需求量很大。本课题以普通车床的数控改造为例，研究机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，机床改造后性能与精度的分析以及控制精度的措施等，普通车床应用微机控制系统进行改造数控改造后，可以提高工艺水平和产品质量，减轻操作者的劳动强度。基于上述分析，本课题的研究具有较高的现实意义。

二、主要研究内容

1.普通车床数控改造方案的确定，进行总体设计。

2.对普通车床数控改造进行结构设计与计算，包括主轴进给系统设计、机床纵、横进给伺服系统的设计等。

3. 对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

4. 根据进给系统的控制原理模型，对影响伺服系统系统的因素进行分析。

5. 对影响伺服传动精度的因素齿轮传动精度、滚珠丝杠副传动精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。

6. 对影响伺服元件伺服精度的因素步进电机步矩角精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。

三、拟解决的关键问题

1. 普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算。

2. 对经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

3. 根据进给系统的控制模型，分析系统的误差来源及影响系统精度的因素。

4. 设计步进电机细分驱动电路，提高伺服进给系统的控制精度。

四、拟解决方案及关键技术

1. 普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算内容包括：确定系统的负载，运动部件惯量计算，步进电机的选择，滚珠丝杠副的选择和计算、滚珠丝杠副的刚度验算等。

2. 对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

3. 根据伺服进给系统控制原理模型，分别对伺服驱动元件的伺服精度、伺服机械传动元件传动精度进行分析，分析影响经济型数控车床定位精度主要因素。

4. 在伺服进给系统控制电路中加入步进电机细分驱动设计，改善步矩角特性，提高经济型数控车床的定位精度。

五、创新点

1. 运用机电一体化系统设计思路与方法进行普通车床数控改造的结构设计，在设计上达到有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙;便于操作和维修。

2. 从经济型数控车床的控制原理模型分析影响整个系统精度的关键因素，分析影响机床机床定位精度的各项误差来源，提出相应的改进方法并应用于机床结构设计中。

3. 运用步进电机细分驱动技术，设计基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，减小步进电机的步距角及机床的脉冲当量，提高经济型数控车床的加工精度，改善电机运行的平稳性，减小噪声，增加控制的灵活性。

六、课题预计目标

1.普通车床数控改造的方案的研究，进行总体设计。

2. 对经济型数控车床的伺服进给系统建立控制原理模型，并根据进给系统的控制原理模型，对影响系统精度的关键因素进行分析。

3. 研究提高机械传动部件的传动精度与刚度的方法，对普通车床数控改造进行结构设计，改善伺服进给系统的伺服特性。

4. 设计一种基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，提高伺服进给系统的分辨率。

七、课题研究进展计划

预计本课题研究进展主要分以下几个阶段：

1. 2007年11月～2007年12月 查看文献资料并撰写开题报告

2. 2007年12月～2008年03月 收集相关方面的资料，以普通车床数控改造为例进行总体设计

3. 2008年03月～2008年04月 学习机床伺服进给系统的设计等方面知识

4. 2008年04月～2008年07月 进行结构设计，绘制普通车床数控改造纵、横向进给系统装配图

5. 2008年07月～2008年08月 学习机床控制精度等方面知识

6. 2008年08月～2008年09月 对机床进行精度分析

7. 2008年09月～2008年10月 研究提高机床控制精度的措施

8. 2008年11月～2008年12月 完成毕业论文

9. 2008年12月 毕业答辩

参 考 文 献

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[2] 王爱玲.现代数控机床结构与设计[m].北京：兵器工业出版社，1999.

[3] 周文玉.数控加工技术基础[m].北京：中国轻工业出版社，1999.

[4] 朱晓春.数控技术[m].北京：机械工业出版社，2003.

[5]张柱良. 数控原理与数控机床. 北京：化学工业出版社，2003.

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篇(5)

数控机床在现代制造业中扮演着一个重要的角色。本论文介绍了THY5940型立式加工中心设计思想和设计过程。主要叙述了数控进给系统的传动设计及主要传动件滚珠丝杠及其支承的设计计算。并对进给系统进行了校验，取得了预期的效果。

该机床适用于摩托车、汽车、轻工机械等行业提高生产率。不仅对刀具的位置或轨迹进行控制，而且还具有自动换刀和补偿功能，具有很高的强度，刚度和抗震性。以前采用的专用机床加工零件，虽然效率较高，但制约被加工零件的改进。而加工中心具有柔性，从而能适应产品在最短时间内达到商品化。本加工中心的设计拟采用主机，数控系统(包括伺服和驱动系统)及相关配套件三部分组成。在对以前研究成果分析总结的基础上，按照技术要求指标，对初步拟订的方案进行细化，论证，完善和总结。

加工中心的进给系统承担加工中心各直线坐标轴的定位和切削进给，进给系统的好坏将直接影响整机的运行状态和精度指标。设计过程中应使进给稳定性和快速响应的特性。同时，要求有合理的控制系统，而且要求对驱动元件和机械传动装置的参数进行合理的选择，使整个进给系统工作时的动态特性相匹配。

THY5940型立式加工中心机床解决了单件，小批量，特别是复杂型面的零件的加工自动化问题。对于提高企业的生产率，提高工件的加工精度以及提高机床的使用寿命都具有十分重要的意义。

经过研究，本论文基本取得了预期效果，完成了进给系统的设计计算。同时，对数控机床的进给系统设计方法的研究也取得一定的效果。

关键词：数控技术；数控机床；进给系统；滚珠丝杠

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型立式加工中心是为汽车/摩托车/轻工机械等行业提高生产效率而开发的新产品。该机床总体布局为工作台固定，立柱移动式。主运动采用数字交流伺服电机拖动，可无机调速。该加工中心除针对汽车零件的加工外，还可以对其它种类的零件进行铣、镗、钻、扩、攻丝、平面及任何曲面的加工，它是轻工机械领域较为理想的设备，特别适合于汽车、摩托车行业以及轻工机械行业大批量生产的需要。该产品既可单机使用，也可以通过小的改动与柔性生产线联机使用。因此，产品使用范围广。

根据加工特点及提高生产率的要求，采用加工和装夹同时进行。使工作台的一侧为加工区，另一侧为卸载区。加工时工作台固定，加工完工作后，只做旋转运动，代替交换工作台的功能。机床的三个移动坐标(X、Y、Z)均由主轴实现。主轴箱侧挂于立柱上，并实现Z向进给。立柱在滑座上移动实现Y向进给。滑座在床身上移动实现X向进给。在工作台两侧设有螺旋排屑槽，将切屑排至机床的后面，在通过链式排屑器(与冷却水箱一体)传至切屑集中处。整机设有防护间，电器柜在防护间一侧便于操作，液压站安置在电器柜后面，从整体上设计较为合理。

目前我国数控机床的数量和品种，尚不能完全满足国内市场需求，自2000年以来，我国数控机床年产量以平均37%的速度增长，2003年国产数控金属切削机床年产量达到36000多台。但由于进口机床的大量涌入，国产金切数控机床在国内市场的占有率明显下降。2003年我国国内机床总消费为67.3亿美元，其中进口机床41.3亿美元，已连续三年成为世界最大的机床进口国。进口依存率113%，国内市场自我满足率仅为44%，远远低于日本的86%，意大利的67%和德国的59%，可以说已威胁到我国机械制造基础产业的安全。同时仅2003年1年，就有德国吉特迈集团，日本牧野铣床，日本丰田工，意大利利雅路集团及韩国大宇机床等在我国开办独资企业。在开拓国际市场的同时，中国机床企业在国内却面临着越来越严峻的竞争形式。2004年我国机床进口突破了55亿美元大关。[1]

分析表明，中国机床市场目前仍分为中低端和高端两个领域。众多中国企业，通常是国有企业占据低端市场，“低端混战“愈演愈烈，但高端市场则主要由外国制造商，特别是被欧洲，日本的制造商垄断。我国汽车，航空和航天，发电，船舶，特别是军工等行业急需的高技术数控机床75%甚至100%依赖进口。部分高档数控机床仍然被作为战略物资在国际市场上受到禁运限制。

但如今这一切正发生改变，新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品山主导地位。沈阳机床集团机床股份有限公司中捷友谊)为上海磁悬浮快速列车线生产的s台数控锉铣床组成的轨道梁生产线就是一个例子。数控机床发展的关键配套产品通过政府的支持有了突破和快速发展，如北京航天机床数控系统集团公司建立了具有自主知识产权的新一代开放式数控系统平台;烟台第_机床附件)开发为数控机床配套的多种动力卡盘和过滤排屑装置。我国机床市场正形成以数控机床为主流的消费，但我国在数控机床网络化方面与国外仍然有很大差别。

本机床为THY5940型立式铣镗加工中心，产品规格为400*630*2。

技术参数

项目单位规格

型号THY5940

工作台尺寸mm400x630x2

承重kg500

立柱横向行程Xmm600

立柱纵向行程Ymm400

主轴箱垂直行程Zmm600

工作台回转C0°\180°

主轴锥孔ISO7:24No.40

主轴转速r/min45-6000

主轴最大扭矩N.m

180

主电机功率kw7

主轴中心到立柱导轨面距离mm530

主轴端面到工作台面最小距离mm210

切削进给X、Y、ZMm/min1-10000

快速移动X/Y/Zm/min24/24/15

刀库容量把16

定位精度X、Y、Zmm±0.005

重复定位精度X、Y、Zmm±0.003

机床重量kg10000

机床外形尺寸(长x宽x高)mm2760x2850x2725

目录

摘要I

ABSTRACTII

第1章引言1

第2章THY5940简介4

2.1机床的设计参数4

2.2机床坐标与进给传动机构5

第3章进给系统的设计计算6

3.1数控机床进给传动系统机械结构6

3.1.1进给传动系统的机械结构6

3.1.2设计传动系统时应注意的问题7

3.1.3传动过程中的关键元件8

3.2滚珠丝杠的选择9

3.3丝杠拖动电机的确定9

3.3.1丝杠的转动惯量J9

3.3.2电机的选择10

3.4刚度计算11

第4章滚珠丝杠副的校验与进给系统误差分析13

4.1机床定位精度与丝杠精度13

4.2滚珠丝杠的疲劳强度13

4.3死区误差的分析14

4.4由传动刚度的变化引起的定位误差14

第5章机床的总体设计思路16

5.1主轴箱平衡和主轴箱拖动16

5.2滑座及立柱拖动16

5.3床身及滑座拖动16

5.4机床的防护系统17

结论18

篇(6)

针对“雨水自动感应晾衣架”，在百度学术中可以搜索到多篇硕士学术论文，有的甚至洋洋洒洒七八十页。解决方案中大多运用到单片机、运放等小学生甚至中学生都无法厘清的概念和内容。如何让这个项目“落地”成为小学生“跳”一下能够到的案例，一直是我脑中萦绕的问题。Arduino开源硬件与众多传感器的绝佳组合让这个“落地”问题迎刃而解。Arduino开源硬件不需要学生懂得单片机、运放的原理，只需大致了解传感器的种类用途即可。某硕士论文涉及的电源电路、时钟电路、复位电路、按键电路等可以一概忽略。当然，每个问题的解决都不会一帆风顺，期间曲曲折折在所难免。

曲折之一：方案如何优化细化

课堂上，我事先作了“翻转”设计，课前抛出问题让学生百度各种解决方案，包括淘宝上的成品自动雨水感应晾衣架，然后在课堂上集思广益，比一比谁的方案能在众多方案里胜出？还是需要优势组合？最终学生们形成的设计预案如下。

设计一个雨水感应自动收衣装置，当雨水感应器上滴到雨滴或者天色明显变暗时，启动机械臂把衣服收进阳台。如果雨水感应器上的水滴被晒干（雨转多云），光线又足够亮时，衣服再次晒出。主人可以设置预约收衣时间。并且对是否雨后重新晒出作出预设。S4A控制画面同步运行。

以上要求进一步分解后具体要达到以下控制：（1）有雨或者光线明显变暗时，收衣服。（2）当天空放晴、光线变亮，且传感器上雨水被晒干时，衣服重新晒出。（3）主人可以预设收衣时间。此时无论天气如何，衣服强制收回。（4）主人可以手动收衣或者定r收衣，此两种模式收好衣服后不再晾出。

此环节的产品技术设计思维训练得到了充分的体现，学生要针对在自己周围每天都要发生的问题模拟产品设计工程师进行设计及分解。

曲折之二：机械传动如何设计

学生在设计方案时碰到的第一个拦路虎，不是来自电子线路，而是机械传动部分。图1所示开窗器按供电模式分有24V直流、220V交流两种，其中按开窗器机械臂行程长短又有100mm到1500mm等不同种类。本例所有24V直流电，当正接时机械臂伸出，反之缩回。

图2看似简单的机械结构，是社团学生沟通、争论了很久才有的结果。首先，淘宝上对开窗器的介绍寥寥数字，很多具体问题需要直接跟淘宝店主沟通。比如，产品大都与配套的升降（或开合）控制盒一起销售，能否拆分购买等具体问题；没有控制盒，Arduino 又如何担当起智能控制的重任？

曲折之三：S4A控制的画面如何同步变化

下载3DMAX阳台模型（可直接使用软件包中模型）、衣架模型后，利用标准基本体构建衣架及开窗器机械臂模型。由于MAX模型中的元素较多，建议按图3所示对衣架进行“成组”操作。

按F10对衣架运动中的几个关键帧分别渲染，注意本例下载的模型须安装V-RAY插件，并在公用―指定渲染器中选择V-RAY渲染器。

曲折之四：如何实现开窗器机械手的伸缩

当了解到24V直流电机正负极倒置后伸缩方向即相反后，有学生搜索关键词“直流电机正反转 继电器”绘制出图4所示控制线路。经反复推演各种可能，均不会造成短路事故。

曲折之五：开窗机的电机本身没有到位后自动停止功能，如果开窗或者贯穿机械臂到位后继续加电，将对电机造成伤害，此问题如何破解

有学生称可以设置时间，但是马上又有学生质疑，当挂的衣服重量不同时，造成的阻力不同，时间不是一个定量。后来有学生询问淘宝商家后找到了解决办法，如图5在数字口2、3分别安装两个磁感应开关，相关的动臂上安装永磁铁。当检测到机械臂运作到位后，立即停止供电。

曲折之六：脚本如何设计

晒衣部分脚本：当绿旗被点击时，当系统检测到接在模拟口0的光线传感器数值大于800，光线充足，并且接在模拟口5的雨水传感器上无水滴，数值小于50，则广播晒衣服。

收衣部分脚本：分三个条件语句，第一是检测光线数值小于150则收衣。第二是检测雨水传感器数值大于100则收衣。第三是按钮传感器大于1000即接通状态则自动收衣。

预约收衣部分脚本：当绿旗被点击时，先询问预约多少小时后收衣，然后将输入值赋予变量t，计时器归零。计时器单位为秒，因此变量t须乘3600。当计时器数值大于预设时间，广播收衣服。

曲折之七：学生开始编制脚本时发现继电器反复被触发，“哒哒”声不断，这对继电器及控制终端都不是好事，如何解决

为了防止继电器反复被触发，损伤电机及其他器件，分别设置变量k、m，当条件已符合时分别设定为1。然后将相关变量不等于1，即等于1不成立，作为条件语句的必备条件之一。

当晒衣触发时，变量K为1，当收衣触发时变量M为1。如果系统对两个事件依次触发一遍。如果不对相关变量清零，则造成太阳出来后或者下雨了系统不再有响应。所以要对K赋值1的同时，要对M清零。反之也一样。

由于手动收衣及定时收衣要求之后即使符合晒衣条件时也不再触发，所以不再对M清零操作。为保险起见，建议在对K赋值1的同时，添加给变量M赋值1的语句。

美国机器人协会给机器人下的定义是：一种可以重新设定程序、多功能的机械手，经由事先设计好的各种可变动作，搬运材料、零件、工具或其他特殊装置，以执行不同的工作任务。机器人在面对变化与不确定的工作环境与程序时，具有一定的判断能力。从这个机器人的定义上看，“雨水感应收衣装置”也可以视为一个机器人项目。学生在这个项目的学习过程中遇到的问题事实上远不止以上所列，但是在教学一线将会感受到学生的潜力远超你的想象：没有短接线，学生将废旧网络线“开膛破肚”，开窗器没有电源，学生搬来家里的锂电池，机械手没人愿意接手加工，学生找到亲戚帮忙。有的学生在家里是“专业”负责淘宝的，因此跟店家的“旺旺”交流使问题“豁然开朗”，比如，磁感应装置就是学生从“店小二”那里问来的。当然，在“工作坊”教学模式下，教师必要的协助与引导，也会如及时雨般解决问题。

篇(7)

论文摘要 ：齿轮是机器、仪器中使用最多的传动零件，尤其是渐开线圆柱齿轮的应用更为广泛。齿轮是一个较复杂的几何体，对单个齿轮的齿廓加工误差国家标准规定了17种控制参数，根据齿轮使用要求的不同，对以上17个参数控制的要求也不同。如何确定齿轮的精度等级以及依据其精度等级确定相关控制参数的公差值，是齿轮设计的关键所在。

传统的设计方法是依据经验用类比法，结合查表及大量繁杂的公式计算，这样的方法一是工作量大，二是不可能对各参数进行优化及筛选，很难保证齿轮精度设计的合理性。因此，借用了辅助软件对齿轮的几何参数进行计算后，对齿轮精度的设计及其相关的数据进行计算机处理，使齿轮的精度设计达到快速、准确、合理，齿轮设计起来就没那么费时和吃力了。

引 言

现行的机械行业中在齿轮设计的过程里，非常缺乏对几何参数计算的比较统一的软件，很多时候只是采用手工计算、取大概的数值，对于一些比较复杂的齿轮来说，制造出来的齿轮存在误差较大。传统的设计方法是依据经验用类比法，结合查表及大量繁杂的公式计算，这样的方法一是工作量大，二是不可能对各参数进行优化及筛选，很难保证齿轮精度设计的合理性。因此，借用了辅助软件对其进行计算后，对齿轮精度的设计及其相关的数据进行计算机处理，使齿轮的精度设计达到快速、准确、合理，齿轮设计起来就没那么费时和吃力了。我国现有（1）GB/T10095。1-2001渐开线圆柱齿轮精度第一部分：轮齿等效ISO1328-1。（2）GB/T10095。2-2001渐开线圆柱齿轮精度第二部分：径向综合等效ISO1328-2。

1. 渐开线圆柱齿轮几何参数计算相关研究综述

1.1渐开线圆柱齿轮国内的研究现状

1.1.1齿轮的简介

标准齿轮的结构构造图如图1。

图1 齿轮构造图

齿轮的组成结构一般有轮齿、齿槽、端面、法面、齿顶圆、齿根圆、基圆和分度圆。

轮齿简称齿，是齿轮上每一个用于啮合的凸起部分，这些凸起部分一般呈辐射状排列，配对齿轮上的轮齿互相接触，可使齿轮持续啮合运转；基圆是形成渐开线的发生线作纯滚动的圆；分度圆，是在端面内计算齿轮几何尺寸的基准圆。

渐开线齿轮比较容易制造，且传动平稳，传递速度稳定，传动比准确，渐开线圆柱齿轮是机械传动量大而广的基础零部件，广泛在汽车、拖拉机、机床、电力、冶金、矿山、工程、起重运输、船舶、机车、农机、轻工、建工、建材和军工等领域中应用。因此现代使用的齿轮中，渐开线齿轮占绝多数，而摆线齿轮和圆弧齿轮应用较小。

1.1.2研究现状

我国1960 年以前没有圆柱齿轮精度标准，直接应用苏联TOCT 1643—46标准，1958年起原第一机械工业部组织力量着手研究，经过分析、研究和验证苏联TOCT 1643—56标准，制订和颁布JB 179—60《圆柱齿轮传动公差》机械工业部部标准。对当时机械工业的发展起到积极推动作用，很快达到世界五十年代水平，在七十年代末国家机械工业改革开放，要求迅速赶上世界齿轮发展步伐，机械工业部领导下决心，直接以ISO 1328—1975国际基础修订JB 179—60标准，以等效采用ISO 1328—1975标准，颁布JB 179—81和JB 179—83渐开线圆柱齿轮精度机械工业部部标准，大力进行宣贯，促进圆柱齿轮精度质量明显的提高。同时带动国内齿轮机床、刀具和量仪的发展，于1998年由技术监督局颁布为GB 10095—88渐开线圆柱齿轮精度国家标准。我国在改革开放，发展经济的政策指示下，大量引进德国、日本等西方工业发达国家的工业机械产品，而配件需要国产化，JB 179—83和GB 10095—88标准已不相适应，一方面鼓励直接采用德国、日本和美国标准，另一方面以宣贯行政文件形式进行补充。提出齿距偏差、齿距累计误差、齿向误差四个为必检项目评定齿轮精度等级。宣贯中发现达到齿形误差精度最难。其齿形的齿端部规定不够合理，齿形精度达到要求但齿距精度尚有一定的富余而不相协调。部分先进企业总结国内外技术经验，采取积极的技术措施，生产出与世界水平相当的齿轮产品。以上这些与ISO1328-1997标准相对照，在很多关键地方是不谋而合。当前我国在重大机械装备中所需渐开线齿轮都可以国产化。现行GB 10095—88渐开线圆柱齿轮精度国家标准是等效采用ISO 1328—1975国际标准的，现在国际上已将ISO 1328—1975标准作废由ISO1328-1997标准代替。1997年由国家技术监督局下任务对GB 10095—88标准进行修订，经过对ISO1328-1997标准翻译、消化和征求各方面意见，绝大多数认为我国齿轮产品应与国际接轨，促进国际和国内齿轮产品的贸易，发展齿轮生产。修订GB 10095—88国家标准应等同采用ISO1328-1997国际标准。

目前国家技术监督局和国家机械工业局鼓励要求技术进步迫切和有条件的齿轮制造企业，直接采用ISO1328-1997国际标准作为企业标准生产齿轮先行一步，深入、充分发挥ISO1328-1997国际标准作用，为本企业真正提高齿轮性能质量、降低制造成本提高经济效益，走入国际市场

。

我国现有（1）GB/T10095。1-2001渐开线圆柱齿轮精度第一部分：轮齿等效ISO1328-1。（2）GB/T10095。2-2001渐开线圆柱齿轮精度第二部分：径向综合等效ISO1328-2。

1.2课题研究的意义

齿轮是机器、仪器中使用最多的传动零件，尤其是渐开线圆柱齿轮的应用更为广泛。齿轮是一个较复杂的几何体，对单个齿轮的齿廓加工误差国家标准规定了17种控制参数，根据齿轮使用要求的不同，对以上17个参数控制的要求也不同。如何确定齿轮的精度等级以及依据其精度等级确定相关控制参数的公差值，是齿轮设计的关键所在。传统的设计方法是依据经验用类比法，结合查表及大量繁杂的公式计算，这样的方法一是工作量大，二是不可能对各参数进行优化及筛选，很难保证齿轮精度设计的合理性。因此，借用了辅助软件对其进行计算后，对齿轮精度的设计及其相关的数据进行计算机处理，使齿轮的精度设计达到快速、准确、合理，齿轮设计起来就没那么费时和吃力了。

1.3设计的研究思路与研究的重点

本设计的研究重点是渐开线圆柱齿轮传动设计的计算。研究外啮合齿轮和内啮合齿轮传动的主要几何参数计算、齿轮齿厚计算、精度计算和强度计算，帮助实现齿轮的合理设计。

2. 渐开线圆柱齿轮几何参数计算的辅助软件的主要研究内容

2.1齿轮传动设计步骤

齿轮传动设计步骤：

1、简化设计：根据齿轮传动的齿数、啮合角和模数等，确定中心距等主要参数。

2、几何设计计算：设计和计算齿轮的基本参数，并进行几何尺寸计算。如：计算分度圆直径、齿高、齿顶高、齿根高、基圆直径等。

3、齿厚测量尺寸计算：根据上步的计算结果和已知参数，计算齿轮的齿厚参数。如：固定弦齿厚、固定弦齿高等参数。

4、精度计算：计算出齿轮的精度测量参数，如：各级精度等级、齿厚上/下偏差、侧隙公差、最小/大极限侧隙等。

5、强度校核：在基本参数确定后，进行精确的齿面接触强度和齿根弯曲强度校核。分别将计算出的接触/弯曲强度允许传递功率与已知功率相比较，如果都大于实际功率，则所设计的齿轮强度过关。

6、如果校核不满足强度要求，可以返回2)，修改参数，重新计算。课题研究的主要内容就是设计一个进行齿轮设计的计算软件，现在课题是几何尺寸计算，主要应集中在此，精度只是其中一部分。在设计渐开线圆柱齿轮时会计算出其齿数、齿形和齿高等。

2.2渐开线圆柱齿轮几何参数 2.2.1外啮合标准圆柱齿轮传动几何尺寸计算

外啮合标准圆柱齿轮传动参数计算如表1。

表1 外啮合标准圆柱齿轮传动参数

齿形角

齿顶高系数

径向间隙系数

齿根圆角半径系数

m由强度计算或结构设计确定，一般传递动力的齿轮m>=1

β按推荐值或按中心距条件确定

一般希望a为标准数值或圆整的数值

2.2.2外啮合高度变位齿轮传动的几何尺寸计算

外啮合高度变位齿轮传动的参数计算如表2。

表2 外啮合高度变位齿轮传动的参数

2.2.3内啮合标准齿轮传动的几何尺寸计算

内啮合标准齿轮传动的参数计算如表3。

表3 内啮合标准齿轮传动的参数

齿宽

2.2.4内啮合高度变位齿轮传动的几何尺寸计算

内啮合高度变位齿轮传动的参数计算如表4。

表4 内啮合高度变位齿轮传动的参数

s(_)c =s(_)c*m(s(_)c*可查表)

h(_)c =0.5(da-d-s(_)ctgα)或

2.3本课题研究目标

计算出渐开线齿轮的模数、齿数、齿形、齿高、变位、基准齿形和参数（GB/T1356-1988）、模数系列（GB/T1357-1987）、传动类型和基本参数、变位系数的选择、渐开线圆柱齿轮的齿厚测量计算、精度选择和强度计算。

本课题研究的几何尺寸计算的适用范围包括：

1、标准圆柱齿轮（直，螺旋）

2、外啮合(高度变位)圆柱齿轮（直，螺旋）

3、内啮合标准齿轮（直齿）

4、内啮合(高度变位)圆柱齿轮(直，螺旋)

3. 软件的具体实现 3.1系统实现的环境

本设计软件使用C#语言开发，开发平台为VS2005软件，运行环境是Windows XP

3.2软件的总流程图

图2 程序总流程图

转贴于

3.3软件实现的主界面

图3 计算外啮合齿轮副时的界面

图4 计算外啮合齿轮副时的界面

图5 精度计算时的运行界面

3.4 实现的部分代码 3.4.1实现的主要功能

1、 外啮合齿轮几何参数和齿厚计算的功能模块

private void button1_Click(object sender， EventArgs e)

//外啮合计算

{

if (tBoxα.Text != "20")

//判断输入是否为标准输入

str = "请输入标准齿形角α！\n";

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

str += "请选择合理的螺旋角β！\n";

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

str += "请选择合理的齿顶高系数！\n";

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

str += "径向间隙系数选择不正确，请重新填写！\n";

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

str += "齿根圆角半径系数选择不够准确！\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 += "齿数请输入为整数！\n";

else

//分别把输入的值赋给各变量

{

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)

//标准齿轮几何参数计算

{

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);

//标准齿轮齿厚计算

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);

}

}

计算外啮合和内啮合各种齿轮，原理基本一样，重点注意的是取值的精确度问题，以及弄清各参数之间的关系，以便于计算，避免数值的混淆。

2、确定部分重要精度参数的取值函数

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

//基节极限偏差fpb取值

{…}

public static int Fβ_value(int x， string y)

//齿向公差Fβ取值

{…}

public static double fa_value(double x， string y)

//中心距极限偏差fa取值

{…}

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

//齿距极限偏差fpb取值

{…}

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

//齿圈径向跳动公差Fr取值

{…}

public static double br_value(string x， double d)

//切齿径向进刀公差br取值

{…}

public static char code_value(double x)

//偏差代号

{…}

3.4.2软件实现和传统人工计算的比较

对齿轮进行设计时，传统的人工计算具有很大的局限性，下面就列举两个比较突出的例子进行比较说明。

1、在计算几何参数时，已知参数invα且invα=tanα-α，要番过来求α的值，此设计中我使用的二分法查找的思想来求解（代码如下），其中取值的精度精确到了10-8。如果如此庞大的计算量进行人工计算，工作量可想而知，而且有存在很大的误差甚至是错误的可能，但借用了此计算机辅助软件，立刻就可以得到满意的答案。

private double inv(double x)

{

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

//设置变量f，r，b，fun

b = Math.PI / 4;

//因为0

fun = Math.Tan(b) - b;

//求出当b=π/4时fun的值

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

//当误差小于10-8时跳出循环

{

if (fun - x > 0)

//若fun大于x，取中间值的左边区间进行循环

{

r = b;

b = (f + r) / 2;

//取新区间的中值

fun = Math.Tan(b) - b;

}

else if (fun - x < 0)

//若fun小于x，取中间值的右边区

{

间进行循环

f = b;

b = (f + r) / 2;

//取新区间的中值

fun = Math.Tan(b) - b;

}

else

//若fun与x的值相等，跳出循环

break;

}

return(b);

}

求解过程流程图如下图图6。

图6 用二分法求解过程流程图

2、求内啮合高度变位齿轮的齿厚尺寸的大轮固定弦齿高和分度圆弦齿高时，公式如下：

1）固定弦齿高：

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

其中，有需要计算参数δa2：

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

2）分度圆弦齿高：

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，又需要计算参数delta：

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

如此繁杂、工作量大的计算量，进行人工计算同时也是件很苦难、很难实现的事情。

4.结论

正由于在产品的设计过程中齿轮几何参数的选择是影响产品具有良好的啮合和节能低耗效果的重要因素，如果齿轮在设计时参数的选择不够精确，只是采用人工凭经验的估算（而且有存在计算错误的风险），将直接影响所生产产品的质量，有损企业的发展。借助计算机辅助软件，就可以很大程度上减低了这方面的成本和风险。在加工齿轮时，技术人员经常要进行各种齿轮几何及啮合参数的计算。传统方法用手工、计算器及查表计算、速度慢、精度低，即使是价格较贵的可编程计算器也远不能满足高精度复杂计算的要求。而市场上用于齿轮计算的软件都较贵，且不适合部分中小企业的设计需要。为此，设计了此渐开线圆柱齿轮的几何参数计算的计算机辅助软件。

参考文献

①江耕华，胡来瑢，陈启松等.机械传动设计手册（上册）[M].北京：煤炭工业出版社，1982.

②齿轮精度国家标准宣贯工作组.齿轮精度国家标准应用指南[M].北京：兵器工业出版社，1990.

③北京业余机械学院工人班集体.齿轮原理与制造[M].北京：科学出版社，1971.

④马骏.C#网络应用编程基础[M].北京：人民邮电出版社，2008.