畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于ProE的汽車變速器齒輪的參數(shù)化建模及運(yùn)動仿真.doc

ee 題 目 基于 Pro E 的汽車變速器齒輪的 參數(shù)化建模及運(yùn)動仿真 學(xué)生姓名 ee 學(xué)號 ee 所在學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級 ee 指導(dǎo)教師 ee 完成地點(diǎn) ee 2009 年 06 月 11 日 ee 基于 Pro E 的汽車變速器齒輪的 參數(shù)化建模及運(yùn)動仿真 作者 ee ee 指導(dǎo)教師 ee 摘要摘要 應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì) 便于實(shí)現(xiàn)系列化設(shè)計(jì) 可縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期 減少重復(fù)設(shè)計(jì) 節(jié)約研發(fā) 成本 參數(shù)化建模是通過定義一組參數(shù)來表達(dá)產(chǎn)品的形狀特征 并以這些參數(shù)控制設(shè)計(jì)結(jié)果 從而達(dá) 到調(diào)整參數(shù)可修改模型的目的 運(yùn)動仿真是根據(jù)設(shè)計(jì)意圖定義機(jī)構(gòu)中的連接 設(shè)置伺服電機(jī) 然 后運(yùn)行機(jī)構(gòu)分析 觀察機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動軌跡和各零件之間的相對運(yùn)動 以檢測機(jī)械的干涉情況 本 文討論在 ProEngineer 環(huán)境下 對汽車變速器中的斜齒輪進(jìn)行三維參數(shù)化建模及運(yùn)動仿真 并分析 參數(shù)化建模及運(yùn)動仿真的特點(diǎn) 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 斜齒輪 參數(shù)化建模 運(yùn)動仿真 ee Based on Pro E automotive transmission gears Parametric Modeling and Simulation ee ee Tutor ee Abstract This article will discussthe environment in ProEngineer Automotive transmissions in three dimensional helical gear parametric modeling and motion simulation analysis of parametric modeling and motion simulation features It is defined by a set of parameters to express the characteristics of the shape of the product these parameters control the design and results adjustment parameters can be modified so as to achieve the purpose of the model Accountants can directly start the organization in motion analysis module in ProEngineer defined according to the design intent of the connection mechanism the servo motor and run the analysis mechanism the relative movement of the parts and the whole trajectory between the observation means to detect the interference of the machine And the use of the module designers also can be a variety of measurements and saves the results of the analysis in the form of videos Application of parametric design can easy to implement serialization designed to shorten product development cycles reduce duplication of design saving development costs Key words Helical gear Parametric modeling Motion Simulation ee I 目目 錄錄 1 1 概述概述 1 1 1 汽車變速器齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)的發(fā)展 1 1 2 齒輪傳動的主要類型 2 1 3 齒輪的發(fā)展現(xiàn)狀和前景分析 3 1 3 1 齒輪的發(fā)展現(xiàn)狀 3 1 3 2 齒輪的發(fā)展前景分析 4 1 4 參數(shù)化設(shè)計(jì)的研究 5 2 2 齒輪傳動的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)齒輪傳動的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù) 9 2 1 齒輪傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及相關(guān)系數(shù) 9 2 1 1 齒輪傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 9 2 1 2 齒輪傳動的設(shè)計(jì)系數(shù) 9 2 2 齒輪傳動的設(shè)計(jì)參數(shù)及許用應(yīng)力 10 3 3 斜齒輪的基本參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算斜齒輪的基本參數(shù)及幾何尺寸計(jì)算 10 3 1 齒面接觸疲勞強(qiáng)度分析 10 3 2 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度分析 12 3 3 漸開線齒輪的基本參數(shù) 14 3 4 斜齒輪相關(guān)參數(shù)的計(jì)算 14 3 4 1 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1 3 4 2 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 16 3 4 3 幾何尺寸計(jì)算 16 4 4 斜齒輪的三維參數(shù)化建模斜齒輪的三維參數(shù)化建模 17 4 1 設(shè)置齒輪的基本參數(shù) 17 4 2 繪制齒輪基本圓曲線 創(chuàng)建齒輪關(guān)系 確定齒輪尺寸 18 4 3 創(chuàng)建齒輪輪廓漸開線 19 4 4 創(chuàng)建齒輪的螺旋曲線 20 4 5 創(chuàng)建齒廓曲線 利用齒廓漸開線完成一端齒廓曲線的創(chuàng)建 22 4 6 齒輪造型 24 4 7 齒輪參數(shù)改變前后對比 26 5 5 斜齒輪的運(yùn)動仿真斜齒輪的運(yùn)動仿真 27 5 1 計(jì)算齒輪的中心矩 27 5 2 進(jìn)行齒輪裝配 27 5 3 創(chuàng)建伺服電動機(jī) 28 ee II 5 4 進(jìn)行運(yùn)動分析 28 5 5 測量結(jié)果分析 29 6 6 結(jié)論結(jié)論 33 致謝致謝 34 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 35 ee 1 1 1 概述概述 1 11 1 汽車變速器齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)的發(fā)展汽車變速器齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)的發(fā)展 汽車變速器齒輪參數(shù)化及運(yùn)動仿真的研究可以改善傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)上計(jì)算工程繁瑣 容易出錯(cuò) 且設(shè)計(jì)周期長 重復(fù)勞動量大 浪費(fèi)人力的缺點(diǎn) 利用參數(shù)化創(chuàng)新設(shè)計(jì) 可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量 減少 重復(fù)計(jì)算的工作量 縮短設(shè)計(jì)周期 因此開發(fā)一套實(shí)用齒輪參數(shù)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有重要的意義 Pro E 和齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)的相結(jié)合將有效的推動齒輪的設(shè)計(jì)工作 并且通過使用 Pro ENGINEER 關(guān) 聯(lián)性功能 族表以及 Program 二次開發(fā)工具 還可以方便地實(shí)現(xiàn)變速器的參數(shù)化設(shè)計(jì)和自動特征建 模 及其參數(shù)化模型庫的建立 這二者的結(jié)合不僅提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量 也為汽車變速器齒輪的 進(jìn)一步開發(fā)有限元分析 運(yùn)動仿真 數(shù)控加工等其他功能模塊奠定了基礎(chǔ) 近年來 汽車變速器齒輪的設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展 在一定程度上標(biāo)志著一個(gè)國家的工業(yè)水平 因此 開拓與發(fā)展齒輪參數(shù)化及運(yùn)動仿真創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)具有廣闊的前景 這種參數(shù)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法 的有點(diǎn)在于它充分分析了確定齒輪的各個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系 將確定齒輪的參數(shù)減少到了最少 這樣 只需要從用戶那里得到確定這些參數(shù)的設(shè)計(jì)要求 既可以在最短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出成本最低的齒輪的模 型 這種創(chuàng)新參數(shù)化設(shè)計(jì)方法另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在于緊密的集合了用戶的需求 這種參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的思想同樣可以推廣到其他零件的設(shè)計(jì)中 分析用于設(shè)計(jì)零件的各個(gè)參數(shù) 之間的關(guān)系 將確定的零件的參數(shù)減到最少 這樣只需要從用戶那里得到確定這些最少的參數(shù)的要 求即可在最短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出成本最低的零件 參數(shù)化設(shè)計(jì)方法作為一種全新的設(shè)計(jì)方法現(xiàn)在已廣泛 被工業(yè)界所采用 它所具有的高效性 實(shí)用性等特點(diǎn)使其成為設(shè)計(jì)工作的發(fā)展方向 參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng) 用水平的高低直接決定了企業(yè)設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低和企業(yè)核心競爭力的強(qiáng)弱 這是關(guān)系到企 業(yè)長久生存與發(fā)展的重大問題 在此基礎(chǔ)上 充分運(yùn)用 Pro Engineer 的二次開發(fā)工具 Pro Program Pro Toolkit Family Table 的功能 進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)研究與開發(fā)工作 使用 Pro Program 進(jìn)行漸開線圓柱齒輪的參數(shù)化建模 該模型可以靈活地選擇創(chuàng)建直齒輪 左旋式斜齒輪 右旋式斜 齒輪及變位齒輪 采用非常直觀的提示性的語句逐步輸入?yún)?shù)的方法便可生成模型 此外 還可以 選擇是否創(chuàng)建齒輪的輪轂 輪輻等結(jié)構(gòu) 該方法對各種復(fù)雜零件的自動化建模具有一定有指導(dǎo)意義 所創(chuàng)建的參數(shù)化的鏈輪模型可以選擇創(chuàng)建單排 雙排或三排鏈輪 并且可以選擇輪轂結(jié)構(gòu)形式 具有 較大的靈活性 在此基礎(chǔ)上 進(jìn)一步運(yùn)用 Pro Toolkit 與 VC 6 0 編程環(huán)境 開發(fā)出參數(shù)化的齒輪 鏈 輪建模系統(tǒng) 該系統(tǒng)具有直觀 友好的對話框界面 包含了各種不同類型的齒輪及鏈輪 使用時(shí)只需 要輸入一些基本的參數(shù)就可以生成相應(yīng)的三維模型 該系統(tǒng)給齒輪及鏈輪的三維建模工作帶來的極 大的便利 通過三維模板及二維工程圖的定制 大大提高了使用 Pro Engineer 建模的效率 也給二維 工程圖及 BOM 材料清單 的創(chuàng)建帶來事半功倍的效果 運(yùn)用 Family Table 的強(qiáng)大功能 創(chuàng)建了標(biāo)準(zhǔn) 零件庫并實(shí)現(xiàn)零件庫與 Pro Engineer 的集成 可以方便地進(jìn)行直接調(diào)用 該零件庫減少了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中 對于標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)中繁瑣且重復(fù)性的工作 文中所提到建庫方法具有一定的推廣性 專門應(yīng)用領(lǐng)域的 用戶可用文中所提到的方法來擴(kuò)充自己所需的標(biāo)準(zhǔn)件庫和通用件庫 提高開發(fā)效率和質(zhì)量 1 21 2 齒輪傳動的主要類型齒輪傳動的主要類型 齒輪傳動是機(jī)械傳動中的主要形式之一 由于它具有速比范圍大 功率范圍廣 結(jié)構(gòu)緊湊可靠 等優(yōu)點(diǎn) 已廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備和儀器儀表中 成為現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品中所占比重最大的一種傳動 隨著生活質(zhì)量的提高 對使用工具也越來越追求完美 為了實(shí)現(xiàn)傳動性能優(yōu)化 人們對齒輪的 ee 2 認(rèn)識逐漸深入 20 世紀(jì) 40 年代 漸開線理論開始出現(xiàn) 到 50 年代為了提高承載能力 提出了齒 輪齒廓和齒向修形的設(shè)計(jì)方法 60 年代 人們開始研究直齒 斜齒和錐齒等的表面疲勞強(qiáng)度和可 靠性 80 年代 齒輪傳動系統(tǒng)中又增加了少齒差行星傳動 新型伺服傳動 新型蝸桿傳動等新類 型 90 年代國外的產(chǎn)品在技術(shù)上普遍經(jīng)歷了一次新的更新?lián)Q代 使承載能力大幅提高 模塊化設(shè) 計(jì)程度更高 更容易實(shí)現(xiàn)零件的批量生產(chǎn) 此外進(jìn)一步采取降噪措施 改進(jìn)了密封和外觀 1 3 齒輪的發(fā)展現(xiàn)狀和前景分析齒輪的發(fā)展現(xiàn)狀和前景分析 1 31 齒輪的發(fā)展現(xiàn)狀 齒輪傳動裝置是由多個(gè)齒輪組成的傳動機(jī)構(gòu) 利用齒輪的嚙合原理 將原動機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換到所 需要的轉(zhuǎn)速 并得到相應(yīng)扭矩 齒輪傳動裝置是機(jī)械裝備的重要基礎(chǔ)件 與帶鏈 摩擦 液壓等傳 動相比 具有功率范圍大 傳動效率高 運(yùn)動平穩(wěn) 傳動比準(zhǔn)確 使用壽命長 結(jié)構(gòu)緊湊等一系列 特點(diǎn) 其安全 可靠 性價(jià)比優(yōu)越的特點(diǎn) 決定了它在通用機(jī)械裝備領(lǐng)域中的不可替代性 按照產(chǎn)品用途 齒輪行業(yè)可以細(xì)分為三類 車輛齒輪 工業(yè)齒輪及齒輪專用裝備 車輛齒輪產(chǎn) 品應(yīng)用的領(lǐng)域包括各類汽車 摩托車 工程機(jī)械 農(nóng)機(jī)和軍用車輛等 工業(yè)齒輪產(chǎn)品應(yīng)用的領(lǐng)域包 括船用 礦山 冶金 航空 電力等 齒輪專用裝備主要為齒輪專用機(jī)床 刀具等齒輪制造配套設(shè) 備 按國內(nèi)銷售情況統(tǒng)計(jì) 車輛齒輪產(chǎn)品占比約為60 工業(yè)齒輪產(chǎn)品占比約為38 1 國外齒輪行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 一直以來 歐美國家憑借先進(jìn)的技術(shù) 在國際高端齒輪傳動與驅(qū)動部件的制造行業(yè)中始終占有 領(lǐng)先地位 從具體產(chǎn)品市場看 國際工業(yè)齒輪的市場規(guī)模最大 競爭也最激烈 根據(jù)前瞻研究中心 的行業(yè)研究報(bào)告 目前 國際工業(yè)齒輪每年大約有160億美元的市場規(guī)模 但由于工業(yè)齒輪行業(yè)產(chǎn) 品種類多樣 整體集中度較低 其中前10大制造商市場份額合計(jì)約20 國際高端齒輪傳動在產(chǎn)品 的設(shè)計(jì)的先進(jìn)性 產(chǎn)品的功率密度 噪音指標(biāo)和測試檢測手段仍然比國內(nèi)的整體水平有較大幅度的 領(lǐng)先 2 國內(nèi)齒輪行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 近十年內(nèi) 中國齒輪行業(yè)快速發(fā)展 行業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大 在 十一五 期間 根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局 及中國齒輪專業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據(jù) 2005 2010年中國齒輪行業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值逐年增加 且同比增幅 均在18 00 以上 2009年實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值781 85億元 2010年實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值946 35億萬元 齒輪 行業(yè)已成為中國機(jī)械基礎(chǔ)件中規(guī)模最大的行業(yè) 目前中國齒輪行業(yè)市場供求狀況基本平衡 規(guī)模增 長較快 中國齒輪行業(yè)銷售產(chǎn)值一直保持穩(wěn)定的增長 根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局及前瞻研究中心數(shù)據(jù) 2010 2011年中國齒輪制造行業(yè)銷售利潤率保持在13 以上 行業(yè)獲利能力較強(qiáng) 盈利能力保持平穩(wěn) 的態(tài)勢 至2011年 我國齒輪工業(yè)年產(chǎn)值在2000萬元以上的企業(yè)903家 已形成了國有控股企業(yè) 外資獨(dú)資與合資企業(yè) 民營企業(yè)三足鼎立的局面 并各具特點(diǎn) 中國齒輪工業(yè)的基礎(chǔ)是由國有控股 企業(yè)組成 近十年來國有控股企業(yè)發(fā)展迅速 已發(fā)展出多家銷售額10億元以上的企業(yè) 外資獨(dú)資與 合資企業(yè)技術(shù)先進(jìn) 市場運(yùn)作比較成熟 民營企業(yè)發(fā)展迅速 正在進(jìn)入國際市場 部分企業(yè)的銷售 規(guī)模已超過50億元 根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)表明 在齒輪行業(yè)中 民營企業(yè)的地位越來越顯著 1 3 2 齒輪發(fā)展前景分析 齒輪行業(yè)的發(fā)展與下游行業(yè)息息相關(guān) 近年來我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展 許多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢頭迅 猛 其中房地產(chǎn)業(yè) 造船業(yè) 汽車業(yè)和風(fēng)力發(fā)電等產(chǎn)業(yè)的增長速度居于全球前列 從而帶動了工程 機(jī)械傳動裝置 船用齒輪箱 汽車變速器和風(fēng)電增速箱等齒輪產(chǎn)品的高速增長 ee 3 齒輪傳動裝置是機(jī)械裝備的重要基礎(chǔ)件 齒輪行業(yè)的發(fā)展對中國機(jī)械行業(yè)有著至關(guān)重要的作用 齒輪行業(yè)總體規(guī)模近年來持續(xù)增長 具有良好的市場前景 但我國齒輪行業(yè)高端產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性 可靠性與發(fā)達(dá)國家有較大差距 目前尚有較大數(shù)量的高端齒輪產(chǎn)品依靠進(jìn)口 據(jù)國家海關(guān)總署統(tǒng)計(jì) 我國齒輪產(chǎn)品年進(jìn)口額2007年為49 61億美元 至2011年增加到109 88億美元 進(jìn)口的產(chǎn)品主要為車 輛自動變速器 因此 國內(nèi)齒輪制造企業(yè)需要提高技術(shù)水平和創(chuàng)新能力 發(fā)展高端產(chǎn)品 培養(yǎng)與國 際大型跨國公司在高端產(chǎn)品市場的競爭能力 近年來 國內(nèi)齒輪行業(yè)有以下發(fā)展趨勢 首先是齒輪行業(yè)在裝備制造業(yè)中的地位 作用得到了肯定和提升 2011年 工信部發(fā)布了 機(jī) 械基礎(chǔ)件 基礎(chǔ)制造工藝和基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè) 十二五 發(fā)展規(guī)劃 齒輪行業(yè)定位為國家裝備制造業(yè) 的重要基礎(chǔ)件行業(yè) 其次是自主創(chuàng)新 轉(zhuǎn)型升級已成為企業(yè)的自發(fā)行動 2011年 很多企業(yè)圍繞 專 精 特 的 發(fā)展模式 在優(yōu)化 整合各類資源的基礎(chǔ)上 集中力量提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力 突出主導(dǎo)產(chǎn)品優(yōu)勢 搶占高端產(chǎn)品市場 加強(qiáng)創(chuàng)建企業(yè)品牌 取得了不俗的業(yè)績 再次是企業(yè)通過兼并重組 戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移使產(chǎn)業(yè)聚集效應(yīng)逐步顯現(xiàn) 產(chǎn)業(yè)集中度穩(wěn)步提高 資源優(yōu) 化配置日益明顯 21 世紀(jì) 世界齒輪研究的重點(diǎn)在于高速 重載 長壽命 低成本傳動系統(tǒng)的研究 人們 紛紛從齒輪的齒形 齒輪嚙合的原理著手 在計(jì)算機(jī)日益發(fā)展的時(shí)代趨向運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件來模擬 研究齒輪的嚙合原理 運(yùn)動優(yōu)化 有限元等現(xiàn)在設(shè)計(jì)理論方法設(shè)計(jì)齒輪逐步發(fā)展 其目的在于獲得 新型的 高效 低噪音 高性能的齒輪 1 1 4 4 參數(shù)化設(shè)計(jì)的研究參數(shù)化設(shè)計(jì)的研究 參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的研究工作最早可追溯到 20 世紀(jì) 60 年代早期 首次將幾何約束表示為非 線性方程來確定二維幾何形體的位置 后來經(jīng)過進(jìn)一步發(fā)展 并使之實(shí)用化 自從 FTC 公司于 1985 年推出參數(shù)化 CAD 系統(tǒng) Pro E 以來 參數(shù)化技術(shù)菜真正受到工程技術(shù)界和學(xué)術(shù)界的重視 各 大計(jì)算機(jī)軟件公司相繼推出自己的參數(shù)化 CAD 系統(tǒng)或在原有的系統(tǒng)上增加參數(shù)化功能 展開激烈的 競爭 近幾年來 以 MIT 較早期的研究成果為基礎(chǔ) 以 Pro E 的參數(shù)化造型系統(tǒng)為先驅(qū) 參數(shù)化設(shè)計(jì) 技術(shù)得到了迅猛的發(fā) 參數(shù)化造型設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)對象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型 可以由一組參數(shù)來約束 其幾何形狀和尺寸的關(guān)系 其中幾何約束用于保證特征的幾何形狀及與已有特征的連接關(guān)系 如平 行 垂直和共線等約束 尺寸約束用于通過尺寸驅(qū)動來改變特征的大小 并保證其與已有特征的尺 寸關(guān)系 參數(shù)與設(shè)計(jì)對象的控制尺寸有顯示對應(yīng)關(guān)系 通過修改參數(shù)和進(jìn)行尺寸驅(qū)動可得到不同形 狀和尺寸的設(shè)計(jì)模型 利用 Pro E 進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本步驟如下 1 根據(jù)圖紙和自由變化參數(shù)表確定建模方法 2 創(chuàng)建參數(shù)化建模 3 設(shè)置參數(shù)之間的關(guān)系 也可在創(chuàng)建模型時(shí)設(shè)置 4 提取自由變化 參數(shù) 5 創(chuàng)建零件庫 輸入零件系列數(shù)據(jù) 創(chuàng)建零件模型 6 調(diào)入生成的模式 檢查模型創(chuàng) 建是否有誤 參數(shù)化設(shè)計(jì)是近幾年發(fā)展起來的先進(jìn)造型技術(shù) 它是 CAD 技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要的 需要 進(jìn)一步研究的課題 利用參數(shù)化設(shè)計(jì)手段開發(fā)的專用產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng) 可使設(shè)計(jì)人員從大量繁重而瑣 碎的繪圖工作中解脫出來 來對產(chǎn)品進(jìn)行合理的設(shè)計(jì) 從而大大提高設(shè)計(jì)速度 并減少信息的存儲 ee 4 量 而且有助于減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度 參數(shù)化建模技術(shù)室 CAD 的核心技術(shù) 是新一代繼承化 CAD 系統(tǒng)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)理論 也是齒輪參數(shù)化造型的基礎(chǔ)理論依據(jù) 對齒輪建模和系統(tǒng)設(shè)計(jì)起著 指導(dǎo)性作用 另外 研究國內(nèi)外齒輪 CAD 參數(shù)化設(shè)計(jì)的發(fā)展?fàn)顩r 可以借鑒前人的研究成果 對齒 輪的參數(shù)化研究有一定的知道意義 齒輪傳動的精確性隨著優(yōu)化設(shè)計(jì)和 CAD 技術(shù)在國內(nèi)外的飛快發(fā)展 在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面普遍進(jìn)行 參數(shù)優(yōu)化 這樣他們在追蹤市場 縮短技術(shù)準(zhǔn)備周期 保證產(chǎn)品性能方面占了很大優(yōu)勢 目前 市 場上有很多關(guān)于齒輪傳動的設(shè)計(jì)系統(tǒng) 但是都或多或少存在著不完整的地方 例如 有的軟件只具 有幾何參數(shù)化功能 后來即使實(shí)現(xiàn)了齒輪造型的功能 模型確非常粗糙 甚至是實(shí)用圓弧等簡單曲 線代替漸開線對齒廓曲線進(jìn)行造型 不能很好的表達(dá)漸開線齒廓的幾何特性 還有一些軟件沒有充 分的注重設(shè)計(jì)者的主觀能動性 表現(xiàn)在 一些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的選取直接采用了系統(tǒng)默認(rèn)值 當(dāng)輸入的唯 一初始值時(shí) 只能設(shè)計(jì)出唯一的結(jié)果 少數(shù)單位也開發(fā)了較為完整的齒輪設(shè)計(jì)軟件 雖然比較適于 生產(chǎn)實(shí)際的需要 價(jià)格卻很高 因此在生產(chǎn)實(shí)際中 很多設(shè)計(jì)人員為了在特定的要求下進(jìn)行齒輪的 設(shè)計(jì)和造型看 仍然使用手動設(shè)計(jì)這一古老的方法 這種方法工作量大 效率很低 容易出錯(cuò) 關(guān) 于齒輪零件參數(shù)化三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 國內(nèi)外不少學(xué)者進(jìn)行了研究 李新華以 VBA 作為開發(fā)工具 根據(jù)特征參數(shù)化造型思想 開發(fā)出了特征的參數(shù)化齒輪系統(tǒng)生成模塊 提高了繪圖效率 王穗選用 大型軟件 DEAS 作為開發(fā)平臺 通過選擇齒輪各部件有關(guān)的基本結(jié)構(gòu)形式參數(shù)和主要的結(jié)構(gòu)尺寸參 數(shù)建立起各零件及子系統(tǒng)的簡化模型庫等 在現(xiàn)代工業(yè)中 齒輪傳動是應(yīng)用最為廣泛的一種傳動方式 為了保證 在齒輪傳動設(shè)計(jì)中 對 齒輪的精確建模顯得尤為重要 如何提高和保證齒輪傳動的精確性是目前齒輪建模研究領(lǐng)域的重點(diǎn) 研究方向 目前 齒輪建模方法有很多 如描點(diǎn)法 參數(shù)法 利用插件法等各種方法 1 描點(diǎn)法 描點(diǎn)法是構(gòu)建齒輪參數(shù)化模型通用的方法 其建模過程一般為 首先建立齒廓曲線的數(shù)學(xué)模型 求取曲線上點(diǎn)的坐標(biāo) 然后根據(jù)坐標(biāo)值描繪出齒廓曲線草圖 最后通過各種三維建模軟件的三維建 模功能建立齒輪的三維模型 它可以推廣至各種不同齒廓曲線齒輪的建模 只要建立相應(yīng)的齒廓曲 線的數(shù)學(xué)模型 利用計(jì)算軟件求得一系列離散點(diǎn)的坐標(biāo)值 在三維造型軟件中描點(diǎn)繪出齒廓曲線草 圖后 進(jìn)行拉伸或者切除等命令即可得到齒輪的三維模型 其建模過程比較繁瑣 但只要建立精確 的數(shù)學(xué)模型 多取些型值點(diǎn)就可以獲得較高的曲線精度 從而提高三維建模的精度 2 參數(shù)法 參數(shù)法是利用描點(diǎn)法中論述的相應(yīng)的齒廓曲線算法編寫程序 建立一個(gè)通用的齒輪模板文件 在進(jìn)行齒輪建模時(shí)只需調(diào)用相應(yīng)的模板文件 通過修改相應(yīng)參數(shù) 自動生成所需的齒輪模型 此種 建模方法因模板文件已將描點(diǎn)法中的分析曲線 建立數(shù)學(xué)模型 計(jì)算型值點(diǎn)坐標(biāo)等過程編寫成程序 內(nèi)置 故其界面比較簡單 對于常用的標(biāo)準(zhǔn)齒輪建模 只要精度要求不是很高 采用這種方面很方 便 用戶只需輸入?yún)?shù) 就可方便迅速地建立所需的齒輪模型 3 利用插件法 利用插件法是一種非常便捷的齒輪建模方法 現(xiàn)在的三維建模軟件 大多提供了豐富的數(shù)據(jù)接 口 目前市場上有很多發(fā)展成熟的第三方插件可供選用 以 GearTrax 為例 其功能強(qiáng)大且易學(xué)易 用 用戶只需打開其界面 在 GearTrax 中選定齒輪參數(shù)后 點(diǎn)擊 繪制 即可完成齒廓曲線的繪 制 然后在各種不同的三維建模軟件中通過拉伸 切除特征等一系列操作 即可得到相應(yīng)齒輪的三 ee 5 維模型 2 電機(jī)選擇電機(jī)選擇 2 1 電動機(jī)選擇電動機(jī)選擇 倒數(shù)第三頁里有東東 倒數(shù)第三頁里有東東 2 1 1 選擇電動機(jī)類型選擇電動機(jī)類型 2 1 2 選擇電動機(jī)容量選擇電動機(jī)容量 電動機(jī)所需工作功率為 w d P P 工作機(jī)所需功率為 w P 1000 Fv Pw 傳動裝置的總效率為 ee 6 4321 傳動滾筒 96 0 1 滾動軸承效率 96 0 2 閉式齒輪傳動效率 97 0 3 聯(lián)軸器效率 99 0 4 代入數(shù)值得 8 099 097 0 99 096 0 224 4321 所需電動機(jī)功率為 kWkW Fv Pd52 10 6010008 0 4010000 1000 略大于 即可 d P d P 選用同步轉(zhuǎn)速 1460r min 4 級 型號 Y160M 4 功率為 11kW 2 1 3 確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速 取滾筒直徑mmD500 min 6 125 500 100060 r v nw 1 分配傳動比 1 總傳動比 62 11 6 125 1460 w m n n i 2 分配動裝置各級傳動比 取兩級圓柱齒輪減速器高速級傳動比 03 44 1 01 ii 則低速級的傳動比 88 2 03 4 62 11 01 12 i i i 2 1 4 電機(jī)端蓋組裝電機(jī)端蓋組裝 CAD 截圖截圖 ee 7 圖 2 1 4 電機(jī)端蓋 2 2 運(yùn)動和動力參數(shù)計(jì)算運(yùn)動和動力參數(shù)計(jì)算 2 2 1 電動機(jī)軸電動機(jī)軸 mN r kW n P T nn pp m d 81 689550 min 1460 52 10 0 0 0 0 0 2 2 2 高速軸高速軸 mN r kW n p T nn pp m d 09 68 1460 41 10 95509550 min 1460 41 10 1 1 1 1 41 2 2 3 中間軸中間軸 ee 8 mN rr kW n p T i n n ppp 6 263 2 362 10 10 95509550 min 2 362min 03 4 1460 10 1097 099 0 52 10 2 2 2 01 1 2 3200112 2 2 4 低速軸低速軸 mN r kW n p T i n n ppp 8 7359550 76 125 69 9 9550 min 76 125 88 2 2 362 69 9 97 099 0 10 10 3 3 3 12 2 3 3210223 2 2 5 滾筒軸滾筒軸 mN r kW n p T i n n ppp 720 76 125 49 9 95509550 min 76 125 49 9 99 0 99 069 9 4 4 4 23 3 4 4220334 ee 9 3 齒輪計(jì)算齒輪計(jì)算 3 1 選定齒輪類型 精度等級 材料及齒數(shù)選定齒輪類型 精度等級 材料及齒數(shù) 1 按傳動方案 選用斜齒圓柱齒輪傳動 2 絞車為一般工作機(jī)器 速度不高 故選用 7 級精度 GB 10095 88 3 材料選擇 由表 10 1 選擇小齒輪材料為 40Cr 調(diào)質(zhì) 硬度為 280 HBS 大齒 輪材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì) 硬度為 240 HBS 二者材料硬度差為 40 HBS 4 選小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù) 取24 1 z76 9603 4 24 2 z 97 2 z 5 初選螺旋角 初選螺旋角 14 3 2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)計(jì)算公式 10 21 進(jìn)行試算 即 3 0 1 12 H EH d t t ZZTK d 3 2 1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1 試選載荷系數(shù)1 6 1 t k 2 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版圖 10 30 選取區(qū)域系數(shù) 433 2 h z 3 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版圖 10 26 查得 則 78 0 1 87 0 2 65 1 21 4 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mmNmmN n p T 108 6 1460 41 1010 5 9510 5 95 4 5 1 0 5 1 5 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版表 10 7 選取齒寬系數(shù)1 d 6 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版表 10 6 查得材料的彈性影響系數(shù)MPaZe8 189 7 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版圖 10 21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極 限 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPa H 600 1lim MPa H 500 2lim 13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 9 11 103 61530082114606060 h jLnN 91 2 1056 1 03 4 N N 9 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版圖 10 19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 90 0 1 HN K 95 0 2 HN K ee 10 10 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1 安全系數(shù) S 1 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版式 10 12 得 MPaMPa S KHN H 5406009 0 1lim1 1 MPaMPa S KHN H 5 52255095 0 2lim2 2 11 許用接觸應(yīng)力 MPa HH H 25 531 2 21 3 2 2 計(jì)算計(jì)算 1 試算小齒輪分度圓直徑d t 1 4 0 3 1 21 tHE t d H K TZ Z d 324 86 0 1046 16 34 1046 167396 0 10738 121 3 9 56mm 2 計(jì)算圓周速度v0 sm ndt 78 3 100060 56 491460 100060 11 3 計(jì)算齒寬及模數(shù) 1 1 cos 49 56 t nt mm d m z 2mm z d m t nt 1 1 cos 24 14cos56 49 24 97 056 49 h 2 252 25 2 4 5mm nt m 49 56 4 5 11 01 h b 4 計(jì)算縱向重合度 0 318 1 24 tan 20 73 tan318 0 1z d 14 5 計(jì)算載荷系數(shù) K 已知使用系數(shù)根據(jù) v 7 6 m s 7 級精度 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版圖 10 8 1 KA 查得動載系數(shù) 11 1 Kv 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版表 10 4 查得的值與齒輪的相同 故 KH 42 1 KH 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版圖 10 13 查得 35 1 f K 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版表 10 3 查得 故載荷系數(shù)4 1 HH KK 1 1 11 1 4 1 42 2 2 HHVA KKKKK 6 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑 由式 10 10a 得 ee 11 3 11 K dd t t K mm11 55375 1 56 49 6 1 2 2 56 49 3 3 7 計(jì)算模數(shù) z d mn 1 1cos mm22 2 24 11 5597 0 24 14cos11 55 3 3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式 10 17 3 2 2 1 1 2 cos F SaFa d n YY z YT m K 3 3 1 確定計(jì)算參確定計(jì)算參數(shù)數(shù) 1 計(jì)算載荷系數(shù) 2 09 ffVA KKKKK35 1 4 111 1 2 根據(jù)縱向重合度 從 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版圖 10 28 查得螺旋 903 1 角影響系數(shù) 88 0 Y 3 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 37 26 91 0 2424 14 24 97 0 coscos 333 1 1 z zV 59 106 91 0 97 14 97 coscos 33 2 2 z zv 4 查齒形系數(shù) 由表 10 5 查得 18 2 57 2 21 YYFaFa 5 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版表 10 5 查得 79 1 6 1 21 YYSaSa 6 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版圖 10 24c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 MPa FE 500 1 MPa FE 380 2 7 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版圖 10 18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) 85 0 1 KFN 88 0 2 KFN 8 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S 1 4 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版式 10 12 得 ee 12 MPaMPa S F MPaMPa S F FEFN FEFN K K 86 238 4 1 38088 0 57 303 4 1 85500 0 22 2 11 1 9 計(jì)算大 小齒輪的 并加以比較 F YYSaFa 1363 0 57 303 596 1 592 2 1 11 F YYSaFa F YYSaFa 2 22 01642 0 86 238 774 1211 2 由此可知大齒輪的數(shù)值大 3 3 2 設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算 mmmmmm mn 59 1 085 4 342 4 01642 0 65 1 88 0 8 610 2 2 3 3 2 3 2 2 4 97 0 24 14 cos 10 對比計(jì)算結(jié)果 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù) 大于由齒面齒根彎曲疲 mn 勞強(qiáng)度計(jì)算 的法面模數(shù) 取2 已可滿足彎曲強(qiáng)度 但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng) mn 度 需按接觸疲勞強(qiáng)度得的分度圓直徑 100 677mm 來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù) 于是由 73 26 2 14cos11 55 cos 1 1 m d z n 取 則 取 27 1 z 81 10803 4 27 2 z 109 2 z 3 4 幾何尺寸計(jì)算幾何尺寸計(jì)算 3 4 1 計(jì)算中心距計(jì)算中心距 a mm mzz n 2 140 97 0 136 14cos2 2 10927 cos2 21 將中以距圓整為 141mm ee 13 3 4 2 按圓整后的中心距修正螺旋角按圓整后的中心距修正螺旋角 06 1497 0 arccos 2 1402 2 10927 arccos 2 arccos 21 a mzz n 因值改變不多 故參數(shù) 等不必修正 k ZH 3 4 3 計(jì)算大 小齒輪的分度圓直徑計(jì)算大 小齒輪的分度圓直徑 mm mm mz d mz d n n 224 97 0 218 14cos 2109 cos 55 97 0 54 14cos 227 cos 2 2 1 1 mma dd 5 139 2 22455 2 21 3 4 4 計(jì)算齒輪寬度計(jì)算齒輪寬度 mmb d d 5567 551 1 圓整后取 mmmm BB 61 56 12 低速級 取 m 3 30 3 z 由88 2 3 4 12 z z i 取 4 2 88 3086 4 z 87 4 z mmm mm zd zd 261873 90303 44 33 mmmma dd 5 175 2 26190 2 43 mmmmb d d 90901 3 圓整后取mmmm BB 95 90 34 ee 14 表表 1高速級齒輪 計(jì) 算 公 式名 稱 代號 小齒輪大齒輪 模數(shù)m22 壓力角 2020 分度圓 直徑 d 2 27 54 zd m 11 2 109 218 zd m 22 齒頂高 ha 221 21 m hhh aaa 齒根高 hf 2 1 21 cm chhh aff 齒全高h(yuǎn) m chhh a 2 21 齒頂圓 直徑 da 11 2 aa m dhz m hzd aa 2 22 表表 2低速級齒輪 計(jì) 算 公 式名 稱 代號 小齒輪大齒輪 模數(shù)m33 壓力角 2020 分度圓 直徑 d 3 27 54 zd m 11 2 109 218 zd m 22 齒頂高 ha 12 1 22 aaamhhh 齒根高 hf 2 1 21 cm chhh aff 齒全高h(yuǎn) m chhh a 2 21 齒頂圓 直徑 da 11 2 aa m dhz m hzd aa 2 22 ee 15 4 軸的設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì) 4 1 低速軸低速軸 4 1 1 求輸出軸上的功率求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩 p3 n3T3 若取每級齒輪的傳動的效率 則 mN r kW n p T i n n ppp 842 7359550 76 125 69 9 9550 min 76 125 88 2 2 362 69 9 97 990 0 10 10 3 3 3 12 2 3 3210223 4 1 2 求作用在齒輪上的力求作用在齒輪上的力 因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為 mmmz d 4041014 44 N N N FF FF d T F ta n tr t 90814tan3642tan 1366 97 0 3639 0 3642 14cos 20tan 3642 cos tan 3642 404 10008 7352 2 4 3 圓周力 徑向力 及軸向力 的 FtFrFa 4 1 3 初步確定軸的最小直徑初步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑 選取軸的材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版表 15 3 取 于是得 112 0 A mm n p Ad 64 47077 0 112 76 125 69 9 112 3 33 3 3 0min 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸 d12 器的孔徑相適應(yīng) 故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 查表考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小 故取 則 TKTAca3 3 1 KA mmNmmN TKTAca 6 9565947358423 1 3 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件 查標(biāo)準(zhǔn) GB T 5014 2003 或手冊 Tca ee 16 選用 LX4 型彈性柱銷聯(lián)軸器 其公稱轉(zhuǎn)矩為 2500000 半聯(lián)軸器的孔徑 mmN 故取 半聯(lián)軸器長度 L 112mm 半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔 mm d 55 1 mm d 50 21 長度 mm L 84 1 4 1 4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 擬定軸上零件的裝配方案 圖 4 1 2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1 根據(jù)聯(lián)軸器為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要示求 1 2 軸 84 50 1212 mmmml d 段右端需制出一軸肩 故取 2 3 段的直徑 左端用軸端擋圈 按軸端直徑取 mm d 62 32 擋圈直徑 D 65mm 半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 為了保證軸端擋圈只壓在 mm L 84 1 半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上 故 1 2 段的長度應(yīng)比 略短一些 現(xiàn)取 L1 mm l 82 21 2 初步選擇滾動軸承 因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用 故選用單列圓錐滾 子軸承 參照工作要求并根據(jù) 由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙 mm d 62 32 組 標(biāo)準(zhǔn)精度級的單列圓錐滾子軸承 30313 其尺寸為 d D T 65mm 140mm 36mm 故 而 mm dd 65 7643 mmmm dl 82 5 54 6565 3 取安裝齒輪處的軸段 4 5 段的直徑 齒輪的右端與左軸承之間 mm d 70 54 采用套筒定位 已知齒輪輪轂的寬度為 90mm 為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪 此軸 段應(yīng)略短于輪轂寬度 故取 齒輪的左端采用軸肩定位 軸肩高度 mm l 85 54 故取 h 6mm 則軸環(huán)處的直徑 軸環(huán)寬度 dh07 0 mm d 82 65 hb4 1 取 mm l 5 60 65 4 軸承端蓋的總寬度為 20mm 由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定 根據(jù)軸承 ee 17 端蓋的裝拆及便于對軸承加潤滑脂的要求 取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距 離 l 30mm 故取 mm l 57 40 32 低速軸的相關(guān)參數(shù) 表 4 1 功率 p3 kW69 9 轉(zhuǎn)速 n3 min 76 125r 轉(zhuǎn)矩 T3 mN 842 735 1 2 段軸長 l 21 84mm 1 2 段直徑 d 21 50mm 2 3 段軸長 l 32 40 57mm 2 3 段直徑 d 32 62mm 3 4 段軸長 l 43 49 5mm 3 4 段直徑 d 43 65mm 4 5 段軸長 l 54 85mm 4 5 段直徑 d 54 70mm 5 6 段軸長 l 65 60 5mm 5 6 段直徑 d 65 82mm 6 7 段軸長 l 76 54 5mm 6 7 段直徑 d 76 65mm 3 軸上零件的周向定位 齒輪 半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接 按查表查得平鍵截面 d 54 b h 20mm 12mm 鍵槽用鍵槽銑刀加工 長為 L 63mm 同時(shí)為了保證齒輪與軸配合 有良好的對中性 故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 同樣 半聯(lián)軸器與軸的連接 6 7 n H 選用平鍵為 14mm 9mm 70mm 半聯(lián)軸器與軸的配合為 滾動軸承與軸的周向 6 7 k H 定位是由過渡配合來保證的 此處選軸的直徑公差為 m6 4 2 中間軸中間軸 4 2 1 求輸出軸上的功率求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩 p2 n2T2 ee 18 mN rr kW n p T i n n ppp 6 263 2 362 10 10 95509550 min 2 362min 03 4 1460 10 1097 0 99 0 52 10 2 2 2 01 1 2 3200112 4 2 2 求作用在齒輪上的力求作用在齒輪上的力 1 因已知低速級小齒輪的分度圓直徑為 mmmz d 140354 33 N N N FF FF d T F ta n tr t 35214tan1412tan 1412 97 0 3639 0 3765 14cos 20tan 3765 cos tan 3765 140 10006 2632 2 3 2 2 因已知高速級大齒輪的分度圓直徑為 mmmz d 3991333 22 N N N FF FF d T F ta n tr t 12314tan495tan 495 97 0 3639 0 1321 14cos 20tan 1321 cos tan 1321 399 10006 2632 2 2 2 4 2 3 初步確定軸的最小直徑初步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑 選取軸的材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)表 15 3 取 于是得 112 0 A mm n p Ad 6 33027 0 112 2 362 10 10 112 3 33 2 2 0min 軸的最小直徑顯然是安裝軸承處軸的直徑 d12 ee 19 圖 4 2 4 2 4 初步選擇滾動軸承初步選擇滾動軸承 1 因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用 故選用單列圓錐滾子軸承 參照工作 要求并根據(jù) 由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙組 標(biāo)準(zhǔn)精度級mm d 35 21 的單列圓錐滾子軸承 其尺寸為 d D T 35mm 72mm 18 25mm 故 mm dd 35 6521 mm l 8 31 65 2 取安裝低速級小齒輪處的軸段 2 3 段的直徑 齒mm d 45 32 mm l 8 29 21 輪的左端與左軸承之間采用套筒定位 已知齒輪輪轂的寬度為 95mm 為了使套筒端 面可靠地壓緊齒輪 此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度 故取 齒輪的右端采用mm l 90 32 軸肩定位 軸肩高度 故取 h 6mm 則軸環(huán)處的直徑 軸環(huán)寬度 dh07 0 hb4 1 取 mm l 12 43 3 取安裝高速級大齒輪的軸段 4 5 段的直徑齒輪的右端與右端軸 45 54 mm d 承之間采用套筒定位 已知齒輪輪轂的寬度為 56mm 為了使套筒端面可靠地壓緊齒 輪 此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度 故取 mm l 51 54 4 2 5 軸上零件的周向定位軸上零件的周向定位 齒輪 半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接 按查表查得平鍵截面 d 54 b h 22mm 14mm 鍵槽用鍵槽銑刀加工 長為 63mm 同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有 良好的對中性 故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 同樣 半聯(lián)軸器與軸的連接 選用 平鍵為 14mm 9mm 70mm 半聯(lián)軸器與軸的配合為 滾動軸承與軸的周向定位是 由過渡配合來保證的 此處選軸的直徑公差為 m6 中間軸的參數(shù) 表 4 2 功率 p2 10 10kw 轉(zhuǎn)速 n2 362 2r min 轉(zhuǎn)矩 T2 263 6mN 1 2 段軸長 l 21 29 3mm ee 20 1 2 段直徑 d 21 25mm 2 3 段軸長 l 32 90mm 2 3 段直徑 d 32 45mm 3 4 段軸長 l 43 12mm 3 4 段直徑 d 43 57mm 4 5 段軸長 l 54 51mm 4 5 段直徑 d 54 45mm 4 3 高速軸高速軸 4 3 1 求輸出軸上的功率求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩 p1 n1T1 若取每級齒輪的傳動的效率 則 mN r kW n p T nn pp m d 09 68 1460 41 10 95509550 min 1460 41 10 1 1 1 1 41 4 3 2 求作用在齒輪上的力求作用在齒輪上的力 因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為 mmmz d 72243 11 N N N FF FF d T F ta n tr t 95 470249 038 189114tan38 1891tan 55 709 97 0 3639 0 38 1891 14cos 20tan 38 1891 cos tan 38 1891 72 100009 682 2 1 1 4 3 3 初步確定軸的最小直徑初步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑 選取軸的材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)表 15 3 取 于是得 112 0 A ee 21 mm n p Ad 54 211 0924 1 112 13 7112 1460 41 10 112 3 3 33 1 1 0min10 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸 d12 器的孔徑相適應(yīng) 故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 查表 考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小 故取 則 TKTAca1 3 1 KA mmNmmN TKTAca 88517680903 1 1 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件 查標(biāo)準(zhǔn) GB T 5014 2003 或 Tca 手冊 選用 LX2 型彈性柱銷聯(lián)軸器 其公稱轉(zhuǎn)矩為 560000 半聯(lián)軸器的孔徑mmN 故取 半聯(lián)軸器長度 L 82mm 半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度mm d 30 1 mm d 30 21 mm L 82 1 4 4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 4 1 擬定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案 圖 4 3 4 4 2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1 為了滿足半聯(lián) 軸器的軸向定位要示求 1 2 軸段右端需制出一軸肩 故取 2 3 段 的直徑 左端用軸端擋圈 按軸端直徑取擋圈直徑 D 45mm 半聯(lián)軸器與mm d 42 32 軸配合的轂孔長度 為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上 而不壓在軸的端mm L 82 1 面上 故 段的長度應(yīng)比 略短一些 現(xiàn)取 mm l 80 21 2 初步選擇滾動軸承 因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用 故選用單列圓錐滾子 軸承 參照工作要求并根據(jù) 由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙組 mm