蜗轮蜗杆减速器加工工艺设计
摘 要：本次毕业设计的主要内容是机械加工工艺规程编制设计。我能综合运用机械制造技术基础和其它课程的基本理论和方法，为了能够完成涡轮减速器箱体机械加工工艺及钻床夹具的设计任务，综合运用所学的知识，应用正确的设计方法，制订了涡轮减速器箱体的机械加工工艺规程。结合工艺设计内容，熟练应用工艺计算方法，对相关工艺内容进行了正确的分析设计和计算，如工艺参数、切削力、切削功率、切削速度、定位误差、夹紧力等。通过对涡轮减速器箱体的加工工艺路线的确定，该零件的加工以底面作为基准是合理的，本加工工艺方案满足粗基准选择的基本要求及精基准选择的四项原则。本夹具为钻床使用的专用夹具，该夹具的特点是针对性强、结构紧凑、操作简便、生产率高。在本次设计中，夹具的设计满足机床夹具总体方案设计的基本要求，充分保证零件加工质量，具有较高的生产效率和较低的制造成本以及具有良好的结构工艺性。
关键词：机械加工；工艺规程；专用夹具；涡轮减速器箱体
1、前言
机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。因此，机械加工工艺规程在机械加工中起着重要的作用，主要包括以下的几个方面[1-4]：
工艺规程是指导生产的主要技术文件，机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。如处理质量事故，应按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。
（2） 工艺规程是生产准备工作的主要依据车间要生产新零件时，首先要制订该零件的机械加工工艺规程，再根据工艺规程进行生产准备。如：新零件加工工艺中的关键工序的分析研究；准备所需的刀、夹、量具（外购或自行制造）；原材料及毛坯的采购或制造；新设备的购置或旧设备改装等，均必须根据工艺来进行。
（3） 工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件 。新建（改.扩建）批量或大批量机械加工车间（工段）时，应根据工艺规程确定所需机床的种类和数量以及在车间的布置，再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及所需工人的工种、技术等级、数量等。 此外，先进的工艺规程还起着交流和推广先进制造技术的作用。典型工艺规程可以缩短工厂摸索和试制的过程。因此，工艺规程的制订是对于工厂的生产和发展起到非常重要的作用，是工厂的基本技术文件。
2、国内外研究现状
2.1国外减速器现状
减速器在各行各业中十分广泛地使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。当前减速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问题。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。日本住友重工研制的FA型高精度减速器，美国Alan-Newton公司研制的X-Y式减速器，在传动原理和结构上与此类似或相近，都为目前先进的齿轮减速器。除了不断改进材料品质、提高工艺水平外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例，减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。目前，超小型的减速器的研究成果尚不明显。在医疗、生物工程、机器人等领域中，微型发动机已基本研制成功，美国和荷兰近期研制的分子发动机的尺寸在纳米级范围，如能辅以纳米级的减速器，则应用前景远大[14-15]。
2.2国内减速器现状
国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国内使用的大型减速器（500kw以上），多从国外（如丹麦、德国等）进口，花去不少的外汇。60年代开始生产的少齿差传动、摆线针轮传动、谐波传动等减速器具有传动比大，体积小、机械效率高等优点。但受其传动的理论的限制，不能传递过大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求[5-8]。90年代初期，国内出现的三环（齿轮）减速器，是一种外平动齿轮传动的减速器，它可实现较大的传动比，传递载荷的能力也大。它的体积和重量都比定轴齿轮减速器轻，结构简单，效率亦高。由于该减速器的三轴平行结构，故使功率/体积（或重量）比值仍小。且其输入轴与输出轴不在同一轴线上，这在使用上有许多不便。北京理工大学研制成功的“内平动齿轮减速器”不仅具有三环减速器的优点外，还有着大的功率/重量（或体积）比值，以及输入轴和输出轴在同一轴线上的优点，处于国内领先地位。国内有少数高等学校和厂矿企业对平动齿轮传动中的某些原理做些研究工作，发表过一些研究论文，在利用摆线齿轮作平动减速器开展了一些工作[9-12]。
3、发展趋势
当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长、高水平、高性能、积木式组合设计、型式多样化，变型设计多等方向发展
高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高4
倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。 积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。
型式多样化，变型设计多。摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。 蜗杆传动主要由蜗轮和蜗杆构成，用于俩交错轴之间传递运动和载荷，通常作为减速装置传递中、小功率。与齿轮传动相比，蜗杆传动具有传动比大而结构紧凑（在一般动力传动中传动比i=10～80，在分度机构中传动比i可达1000），运转平稳，噪声小，且不需要其他辅助机构即能获得反行程自锁等优点。但传动的传动效率低，制造成本高（为了提高减磨性和耐磨性，蜗轮齿圈往往要用价格昂贵的铜合金制造）等不利的因素是当前蜗杆传动继续研究和解决的问题。如今，国内的减速器多以齿轮、蜗轮蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小或传动比大而机械效率过低的问题，另外材料的品质和工艺水平还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更为突出，使用寿命不长。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长，但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题也未解决好。当今减速器向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。而本文以Pro/E为平台的蜗轮蜗杆减速器设计，不仅实现了三维参数化造型，而且实现了蜗轮蜗杆传动机构的运动仿真，保证了造型的准确性，同时造型速度快，避免了取点造型的复杂过程，完成的三维实体零件模型是进行后期的有限元分析、机构仿真和数控分析的必要条件，实现机构运动仿真的前提下，更进一步通过测试其运动学、动力学性能指标、实现机构参数化优化[13]。
5、结论
蜗轮蜗杆减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。为此通过蜗轮蜗杆减速器及其加工工艺设计，锻炼学生的综合应用能力。
主要参考资料
[1]刘馥. 基于Solid Works的蜗轮蜗杆减速器设计[J]. 装备制造技术,2012,03:143-144.
[2]张毅. 温室卷帘机蜗轮蜗杆减速器三维设计、装配及运动仿真[J]. 农业机械,2012,02:70-71.
[3]肖萍. 基于UG的蜗轮蜗杆减速器课程设计研究与开发[J]. 制造业自动化,2012,14:91-94.
[4]王旭. 基于VISUAL STUDIO.NET平台的蜗轮蜗杆减速器的全参数化设计[J]. 科技视界,2012,23:225-226.
[5]苗君明. 基于Workbench蜗轮蜗杆减速器中传动设计[J]. 电大理工,2011,03:39-41.
[6]于慧. 蜗轮蜗杆减速器的一种新设计[J]. 装备制造,2014,11:96.
[7] 刘力.机械制图[M].北京:高等教育出版社出版,2004.
[8] 沈学勤,李世维.极限配合与测量技术[M].北京:高等教育出版社,2002.
[9] 王甫茂,李正锋.机械制造基础[M].上海:上海交通大学出版社出版,2005.
[10] 濮良贵.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2005.
[11] 林清安.Pro/ENGINEER野火3.0中文版[M].北京:电子工业出版社,2008.
[12] 高秀华,李炎亮,邓洪超.机械三维动态设计仿真技术[M].北京:化学工业出版社,2003.
[13] 刘海芳,基于Pro/E的渐开线齿轮参数化设计[J].机械与制造,2004(1):68-69.
[14]C. H. Houpis.A control system design method for a system having a plant with variable parameters.[J].International Journal ofSystemsScience, 1975, Vol.6 (7)Taylor & Francis
[15]ZbynekPitra.CONTROLSYSTEMDESIGN METHODOLOGY.[J].Cybernetics and Systems(IF 0.973), 1991, Vol.22 (3)Taylor & Francis
