齒輪傳動的參數(shù)化設(shè)計及制造工藝設(shè)計說明書

1、齒輪傳動的參數(shù)化設(shè)計及制造工藝ee（ee）指導(dǎo)老師：ee摘要本課題在研究快速設(shè)計的理論、方法和技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過對常用圓柱齒輪減速器結(jié)構(gòu)的深入分析，采用實體建模、模塊化、參數(shù)化等技術(shù)開發(fā)漸開線圓柱齒輪減速器。介紹如何在Pro/E下實現(xiàn)漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的參數(shù)化設(shè)計，找出主要齒輪參數(shù)，對模型尺寸通過關(guān)系式進行控制，當(dāng)用戶對主要參數(shù)進行修改后，通過在生成處理即獲得新的模型。 關(guān)鍵字Pro/E、參數(shù)化設(shè)計、漸開線齒輪Gear parametric design and its manufacturing processee(ee)tutor:eeAbstract Based on the subject

2、s in the study of the rapid design theory, method and technology . Commonly used by the cylindrical gear reducer structure analysis. Using solid modeling, modular, parametric technology development of involute cylindrical gear reducer. How to introduce Pro/E to realize the parametric design of stand

3、ard involute gear. Find out the main gear parameters. On the size of the model through the relationship type control. When the user on the main parameters of the modified through the generating process is to obtain a new model. Parametric design is convenient, applicable to the structural shape of a

4、morphous products.Key words Pro/E ；parameter design ;standard involute gear目錄緒論11.傳動機構(gòu)的總體設(shè)計41.1傳動方案擬定41.2 電機的選擇51.2.1電動機類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇：51.2.2 確定電動機的功率：51.3計算總傳動比及分配各級傳動比51.4運動參數(shù)及動力參數(shù)計算：61.4.1計算各軸轉(zhuǎn)速：61.4.2計算各軸的功率：61.4.3計算各軸轉(zhuǎn)矩：62.傳動零件的設(shè)計計算：72.1 皮帶傳動的設(shè)計計算72.1.1 選擇普通V帶截型72.1.2 確定帶長和中心距72.1.3 驗算小帶輪包角72.1.4 確

5、定帶的根數(shù)72.1.5確定初拉力82.1.6 作用在軸承上的壓力82.2齒輪傳動的設(shè)計計算82.2.1選擇齒輪材料與熱處理82.2.2 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計82.2.3按齒根彎曲強度設(shè)計92.2.4幾何尺寸計算102.3軸的設(shè)計計算112.3.1從動軸的設(shè)計112.3.2 主動軸的設(shè)計122.3.3軸承的壽命計算：142.4鍵聯(lián)接的選擇及校核計算152.4.1根據(jù)軸徑的尺寸152.4.2鍵的強度校核153.減速器箱體、箱蓋及附件的設(shè)計計算163.1減速器附件的選擇163.2潤滑與密封173.2.1齒輪的潤滑173.2.2滾動軸承的潤滑173.2.4.密封方法的選取174.齒輪的參數(shù)化設(shè)計18

6、4.1 直齒輪的建模分析184.2 直齒輪的建模過程194.2.1 輸入基本參數(shù)和關(guān)系式194.2.2創(chuàng)建齒輪基本圓214.2.3 創(chuàng)建漸開線224.2.4 鏡像漸開線234.2.5 齒根圓創(chuàng)建254.2.6 創(chuàng)建齒形264.2.7陣列輪齒274.3 齒輪減速器三維模型的建立284.3.1 箱座的繪制284.3.2 箱蓋的繪制284.3.3 繪制齒輪軸及從動軸294.3.4 繪制軸承及軸承端蓋294.3.5 將繪制好的零件圖進行裝配得到裝配圖305.齒輪的加工工藝315.1零件工藝性分析315.1.1齒輪的生產(chǎn)類型315.1.2齒輪的技術(shù)要求315.2機械加工工藝規(guī)程設(shè)計315.2.1選擇齒輪

7、毛坯315.2.2確定齒坯的尺寸公差和機械加工余量315.2.3確定機械加工余量325.2.4繪制圓柱齒輪鑄造毛坯簡圖325.3擬定齒輪工藝路線335.3.1定位基準(zhǔn)的選擇335.3.2表面加工方法的確定335.3.3加工階段的劃分345.3.4工序的集中與分散345.3.5工序順序的安排345.3.6工藝路線確定355.4工序設(shè)計365.4.1加工設(shè)備和工藝裝備365.4.2確定工序尺寸365.5確定切削用量及基本時間375.5.1工序一切削用量及基本時間確定375.5.2工序二切削用量及基本時間確定395.5.3工序三切削用量及基本時間的確定40致 謝41參考文獻42附錄A43附錄B64緒

8、論一、 選題的目的：齒輪減速器作為機電產(chǎn)品的重要組成部分，在實際生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用，然而在以往的設(shè)計過程中，由于針對特定型號進行研究，其適用面比較窄。通過本課題的研究和設(shè)計，在基于計算機設(shè)計軟件的環(huán)境中，運用軟件的參數(shù)化繪圖功能，采用實體建模，模塊化，參數(shù)化技術(shù)開發(fā)齒輪減速器，彌補了傳統(tǒng)設(shè)計方法的不足之處，挺高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。本人所選的題目是一個綜合性的設(shè)計課題，需要我在大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的專業(yè)課程，如機械設(shè)計、機械原理、機械加工工藝等課程?？梢酝ㄟ^這次的畢業(yè)設(shè)計，把所學(xué)的知識得到一個完整的融合和訓(xùn)練。從而也對大學(xué)四年所學(xué)知識的一個總結(jié)，為以后工作獨立完成任務(wù)打下良好的基礎(chǔ)。二、 研究的意

9、義減速器作為機電產(chǎn)品的重要組成之一，在其以往的設(shè)計中，都是針對某種特定型號進行研究，其適用面比較窄。為了彌補這種設(shè)計方法的不足，進而提高產(chǎn)品的市場競爭能力，本課題在研究快速設(shè)計的理論、方法和技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過對常用圓柱齒輪減速器結(jié)構(gòu)的深入分析，采用實體建模、模塊化、參數(shù)化等技術(shù)開發(fā)漸開線圓柱齒輪減速器。由于商用軟甲的通用想考慮，不會過多考慮在涉及具體機械產(chǎn)品時的高效性問題，也不可能過多關(guān)注具體機械產(chǎn)品的特殊性，細(xì)節(jié)性問題，自然不具備與特定產(chǎn)品，特定企業(yè)密切相關(guān)的功能。因此給予某種特定產(chǎn)品對這些軟件進行二次開發(fā)，使其具備針對性、就能過迅速提高產(chǎn)品的設(shè)計效率。在通用CAD基礎(chǔ)上融入專業(yè)知識后專用C

10、AD是當(dāng)代深化CAD應(yīng)用的潮流。利用參數(shù)化設(shè)計手段開發(fā)的專用產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)，可以使設(shè)計人員從大量的繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來，可以大大提高設(shè)計速度，并減少信息的存儲量。目前參數(shù)化設(shè)計已成為CAD中最熱門的應(yīng)用技術(shù)之一，能否實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計也成為評價CAD系統(tǒng)優(yōu)劣的重要技術(shù)指標(biāo)，這是因為它更符合和貼近現(xiàn)代CAD中概念設(shè)計以及并行設(shè)計思想。工程設(shè)計人員設(shè)計開始階段可快速草擬產(chǎn)品的零件圖，通過對產(chǎn)品形狀及大小的約束最后集成圖形。同一系列產(chǎn)品的第二次設(shè)計可直接通過修改第一次設(shè)計來實現(xiàn)，設(shè)計參數(shù)不但可以驅(qū)動設(shè)計結(jié)果，而且影響產(chǎn)品的整個開發(fā)周期。設(shè)計參數(shù)可來自己與其他系統(tǒng)。參數(shù)化設(shè)計是變量化設(shè)計的前提，借

11、助于變量化設(shè)計思想可實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計、機構(gòu)設(shè)計的運動仿真模擬等。除此之外，參數(shù)化設(shè)計還能夠使設(shè)計人員在設(shè)計的同時實現(xiàn)參數(shù)化建庫，極大地方便后續(xù)設(shè)計工作。因此，參數(shù)化設(shè)計以及建庫工具的研究對進一步提高設(shè)計和繪圖效率以及柔性化設(shè)計具有十分重要的意義。參數(shù)化設(shè)計是通過改動圖形的某一部分或者某幾部分的尺寸、或修改一定義好的零件參數(shù)，自動完成對圖形中相關(guān)部分的改動從而實現(xiàn)對圖形的驅(qū)動。參數(shù)驅(qū)動的方式便于用戶修改和設(shè)計。用戶在設(shè)計輪廓時無需準(zhǔn)確的定位和定形，只需要勾畫出大致輪廓，然后通過修改標(biāo)注的尺寸值來打到最終的形狀，或者只需將零件的關(guān)鍵部分定義為某個參數(shù)，通過對參數(shù)的修改實現(xiàn)對產(chǎn)品的設(shè)計和優(yōu)化參數(shù)化設(shè)計極

12、大地改善了圖形的修改手段，提高了設(shè)計的柔性，在概念設(shè)計、動態(tài)設(shè)計、實體造型、裝配、公差分析與綜合、機構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用，體現(xiàn)出很高的應(yīng)用價值。本課題研究齒輪參數(shù)化設(shè)計方法，具有一定的理論和應(yīng)用價值，對針對其他產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計也用一定的參考價值。減速器參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)以及拓?fù)鋬?yōu)化方法的應(yīng)用，對于提高減速器產(chǎn)品的設(shè)計效率和質(zhì)量具有積極意義。三、國內(nèi)外減速器現(xiàn)狀齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機械傳動裝置。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問題。國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，

13、減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。最近報導(dǎo)，日本住友重工研制的FA型高精度減速器，美國Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，都為目前先進的齒輪減速器。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還在傳動原理和傳動結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新，平動齒輪傳動原理的出現(xiàn)就是一例。減速器與電動機的連體結(jié)構(gòu)，也是大力開拓的形式，并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)形式和多種功率型號的產(chǎn)品。目前，超小型的減速器的研究成果尚不明顯。在醫(yī)療、生物工程、機器人等領(lǐng)域中，微型發(fā)動機已基本研制成

14、功，美國和荷蘭近期研制的分子發(fā)動機的尺寸在納米級范圍，如能輔以納米級的減速器，則應(yīng)用前景遠大。國內(nèi)的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點，特別是大型的減速器問題更突出，使用壽命不長。國內(nèi)使用的大型減速器（500kw以上），多從國外（如丹麥、德國等）進口，花去不少的外匯。60年代開始生產(chǎn)的少齒差傳動、擺線針輪傳動、諧波傳動等減速器具有傳動比大，體積小、機械效率高等優(yōu)點。但受其傳動的理論的限制，不能傳遞過大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在傳動的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能

15、從根本上解決傳遞功率大、傳動比大、體積小、重量輕、機械效率高等這些基本要求。90年代初期，國內(nèi)出現(xiàn)的三環(huán)（齒輪）減速器，是一種外平動齒輪傳動的減速器，它可實現(xiàn)較大的傳動比，傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速器輕，結(jié)構(gòu)簡單，效率亦高。由于該減速器的三軸平行結(jié)構(gòu)，故使功率/體積（或重量）比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線上，這在使用上有許多不便。北京理工大學(xué)研制成功的內(nèi)平動齒輪減速器不僅具有三環(huán)減速器的優(yōu)點外，還有著大的功率/重量（或體積）比值，以及輸入軸和輸出軸在同一軸線上的優(yōu)點，處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。國內(nèi)有少數(shù)高等學(xué)校和廠礦企業(yè)對平動齒輪傳動中的某些原理做些研究工作，發(fā)表過一

16、些研究論文，在利用擺線齒輪作平動減速器開展了一些工作。二、平動齒輪減速器工作原理簡介,平動齒輪減速器是指一對齒輪傳動中，一個齒輪在平動發(fā)生器的驅(qū)動下作平面平行運動，通過齒廓間的嚙合，驅(qū)動另一個齒輪作定軸減速轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)減速傳動的作用。平動發(fā)生器可采用平行四邊形機構(gòu)，或正弦機構(gòu)或十字滑塊機構(gòu)。本成果采用平行四邊形機構(gòu)作為平動發(fā)生器。平動發(fā)生器可以是虛擬的采用平行四邊形機構(gòu)，也可以是實體的采用平行四邊形機構(gòu)。有實用價值的平動齒輪機構(gòu)為內(nèi)嚙合齒輪機構(gòu)，因此又可以分為內(nèi)齒輪作平動運動和外齒輪作平動運動兩種情況。外平動齒輪減速機構(gòu)，其內(nèi)齒輪作平動運動，驅(qū)動外齒輪并作減速轉(zhuǎn)動輸出。該機構(gòu)亦稱三環(huán)（齒輪）減速

17、器。由于內(nèi)齒輪作平動，兩曲柄中心設(shè)置在內(nèi)齒輪的齒圈外部，故其尺寸不緊湊，不能解決體積較大的問題。?內(nèi)平動齒輪減速，其外齒輪作平動運動，驅(qū)動內(nèi)齒輪作減速轉(zhuǎn)動輸出。由于外齒輪作平動，兩曲柄中心能設(shè)置在外齒輪的齒圈內(nèi)部，大大減少了機構(gòu)整體尺寸。由于內(nèi)平動齒輪機構(gòu)傳動效率高、體積小、輸入輸出同軸線，故由廣泛的應(yīng)用前景。(1)通用減速器的發(fā)展趨勢高水平、高性能。圓柱齒輪普遍采用滲碳淬火、磨齒，承載能力提高4倍以上，體積小、重量輕、噪聲低、效率高、可靠性高。積木式組合設(shè)計。基本參數(shù)采用優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊，零件通用性和互換性強，系列容易擴充和花樣翻新，利于組織批量生產(chǎn)和降低成本。型式多樣化，變型設(shè)計多。擺

18、脫了傳統(tǒng)的單一的底座安裝方式，增添了空心軸懸掛式、浮動支承底座、電動機與減速器一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式，擴大使用范圍。(2)促使減速器水平提高的主要因素有：理論知識的日趨完善，更接近實際（如齒輪強度計算方法、修形技術(shù)、變形計算、優(yōu)化設(shè)計方法、齒根圓滑過渡、新結(jié)構(gòu)等）。采用好的材料，普遍采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件，材料和熱處理質(zhì)量控制水平提高。結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理。加工精度提高到ISO56級。軸承質(zhì)量和壽命提高。潤滑油質(zhì)量提高。自20世紀(jì)60年代以來，我國先后制訂了JB113070圓柱齒輪減速器等一批通用減速器的標(biāo)淮，除主機廠自制配套使用外，還形成了一批減速器專業(yè)生產(chǎn)廠。目前，全國生產(chǎn)減速器的企

19、業(yè)有數(shù)百家，年產(chǎn)通用減速器25萬臺左右，對發(fā)展我國的機械產(chǎn)品作出了貢獻。20世紀(jì)60年代的減速器大多是參照蘇聯(lián)20世紀(jì)4050年代的技術(shù)制造的，后來雖有所發(fā)展，但限于當(dāng)時的設(shè)計、工藝水平及裝備條件，其總體水平與國際水平有較大差距。改革開放以來，我國引進一批先進加工裝備，通過引進、消化、吸收國外先進技術(shù)和科研攻關(guān)，逐步掌握了各種高速和低速重載齒輪裝置的設(shè)計制造技術(shù)。四、參數(shù)化設(shè)計的發(fā)展趨勢目前，參數(shù)化設(shè)計已成為CAD中最熱門的應(yīng)用技術(shù)之一，能否實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計也成為評價CAD系統(tǒng)優(yōu)劣的重要技術(shù)指標(biāo)，這是因為它更符合和貼近現(xiàn)代CAD種概念設(shè)計以及并行設(shè)計思想工程設(shè)計人員再設(shè)計初始階段就可以快速草擬產(chǎn)

20、品的零件圖，通過對產(chǎn)品形狀及大小的約束最后精確成圖。自從一PTC公司的Pro/E為代表的基于特征造型的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)問世以來，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)機械設(shè)計的自動化已經(jīng)變得切實可行。參數(shù)化設(shè)計技術(shù)是計算機輔助設(shè)計技術(shù)的一次巨大的飛躍，目前先進的CAD軟件大部分實現(xiàn)了參數(shù)化。參數(shù)化設(shè)計技術(shù)是新一代智能化、集成化CAD系統(tǒng)核心技術(shù)之一，也是前面CAD技術(shù)的研究熱點，已經(jīng)形成了諸如變量幾何和幾何推理多重方法。根據(jù)用戶需求不同，模型參數(shù)化有：二維圖形參數(shù)化、三視圖參數(shù)化和三維特征參數(shù)化等三種形式。其中基于特征的參數(shù)化技術(shù)可以提供很完整的工程信息和靈活的建模操作而成為重要的產(chǎn)品設(shè)計輔助手段目前參數(shù)化技術(shù)已經(jīng)廣泛

21、應(yīng)用于三維設(shè)計軟件中，能否實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計也成為評價CAD系統(tǒng)優(yōu)劣的重要1.傳動機構(gòu)的總體設(shè)計1.1傳動方案擬定擬定以下三種傳動方案如圖所示圖1-1a方案如圖1-1所示，采用二級圓柱齒輪減速器，適用于繁重及惡劣條件下長期工作，使用維護方便，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，常用于較大功率、變載荷場合圖1-2b 方案如圖1-2所示，采用蝸桿減速器，結(jié)構(gòu)緊湊，但傳動效率較低，在長期連續(xù)使用時不經(jīng)濟，適用于載荷較小，間歇工作的場合。圖1-3c 方案如圖1-3所示，采用一級圓柱齒輪減速器和開式齒輪傳動，成本較低，傳動比一般小于5，效率高，工藝簡單，精度易于保證，一般工廠均能制造，應(yīng)用廣泛。將以上三種方案進行比較可知，方案

22、c最適合本次設(shè)計需要，故選取方案c一級圓柱齒輪減速器傳動方案即可。1.2 電機的選擇1.2.1電動機類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇：按已知的工作要求和條件，選用 Y系列三相異步電動機。1.2.2 確定電動機的功率：傳動裝置總效率：總=帶2軸承齒輪聯(lián)軸器滾筒 =0.960.9920.970.990.96 =0.86電機所需工作功率： =1.92 kw確定電機轉(zhuǎn)速：=95.5 r/min根據(jù)文獻2, 1-8可知各種傳動的傳動比取V帶傳動比為 =2-5單級減速器范圍 =4-6則合理的總傳動比為 =8-30故電機轉(zhuǎn)速可選擇的范圍為 =764-2865 r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有940r/min和1430

23、r/min由文獻2, 12-1可知有兩種適用的電動機型號 分別是 Y100L1-4和Y112M-6.綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，比較兩種方案可知：方案2因電動機轉(zhuǎn)速低，傳動裝置尺寸較大，價格較高。方案1適中。故選擇電動機型號Y100l1-4。確定電動機型號根據(jù)以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動機型號為Y100l1-4。其主要性能：額定功率：2.2KW，滿載轉(zhuǎn)速1430r/min，額定轉(zhuǎn)矩2.2。1.3計算總傳動比及分配各級傳動比總傳動比：=14.97分配各級傳動比：取=4， 因為所以=1.4運動參數(shù)及動力參數(shù)計算：1.4.1計算各軸轉(zhuǎn)

24、速：n=n/i=357.67 r/minn=n/i=95.58 r/min滾筒n= n95.58 r/min1.4.2計算各軸的功率： kwkw1.4.3計算各軸轉(zhuǎn)矩： NmNm=9.55=176.96 Nm2.電機選擇2.1電動機選擇2.1.1選擇電動機類型2.1.2選擇電動機容量電動機所需工作功率為：；工作機所需功率為：；傳動裝置的總效率為：；傳動滾筒 滾動軸承效率 閉式齒輪傳動效率 聯(lián)軸器效率 代入數(shù)值得：所需電動機功率為：略大于 即可。選用同步轉(zhuǎn)速1460r/min ；4級 ；型號 Y160M-4.功率為11kW2.1.3確定電動機轉(zhuǎn)速取滾筒直徑1.分配傳動比（1）總傳動比(2)分配動

25、裝置各級傳動比取兩級圓柱齒輪減速器高速級傳動比則低速級的傳動比2.1.4 電機端蓋組裝CAD截圖 圖2.1.4電機端蓋2.2 運動和動力參數(shù)計算2.2.1電動機軸 2.2.2高速軸2.2.3中間軸2.2.4低速軸2.2.5滾筒軸3.齒輪計算3.1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5初選螺旋角。初選螺旋

26、角3.2按齒面接觸強度設(shè)計由機械設(shè)計設(shè)計計算公式（10-21）進行試算，即3.2.1確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)1。（2）由機械設(shè)計第八版圖10-30選取區(qū)域系數(shù)。（3）由機械設(shè)計第八版圖10-26查得，則。（4）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。（5）由機械設(shè)計第八版表10-7 選取齒寬系數(shù)（6）由機械設(shè)計第八版表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)（7）由機械設(shè)計第八版圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ；大齒輪的接觸疲勞強度極限 。13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。（9）由機械設(shè)計第八版圖（10-19）取接觸疲勞壽命系數(shù); 。（10）計算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1

27、，由機械設(shè)計第八版式（10-12）得（11）許用接觸應(yīng)力3.2.2計算（1）試算小齒輪分度圓直徑=49.56mm（2）計算圓周速度（3）計算齒寬及模數(shù) =2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01（4）計算縱向重合度0.tan=20.73（5）計算載荷系數(shù)K。已知使用系數(shù)根據(jù)v= 7.6 m/s,7級精度，由機械設(shè)計第八版圖10-8查得動載系數(shù)由機械設(shè)計第八版表10-4查得的值與齒輪的相同，故由機械設(shè)計第八版圖 10-13查得由機械設(shè)計第八版表10-3查得.故載荷系數(shù)11.111.41.42=2.2（6）按實際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑，由式（10-10a）得（

28、7）計算模數(shù) 3.3按齒根彎曲強度設(shè)計由式（10-17）3.3.1確定計算參數(shù)（1）計算載荷系數(shù)。 =2.09（2）根據(jù)縱向重合度 ，從機械設(shè)計第八版圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)（3）計算當(dāng)量齒數(shù)。（4）查齒形系數(shù)。由表10-5查得（5）查取應(yīng)力校正系數(shù)。由機械設(shè)計第八版表10-5查得（6）由機械設(shè)計第八版圖10-24c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ；大齒輪的彎曲強度極限 ；（7）由機械設(shè)計第八版圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，；（8）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4,由機械設(shè)計第八版式（10-12）得（9）計算大、小齒輪的 并加以比較。=由此可知大齒輪的數(shù)值大。3.3.2

29、設(shè)計計算對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù) 大于由齒面齒根彎曲疲勞強度計算 的法面模數(shù)，取2，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度得的分度圓直徑100.677mm 來計算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由取 ，則 取 3.4幾何尺寸計算3.4.1計算中心距a=將中以距圓整為141mm.3.4.2按圓整后的中心距修正螺旋角因值改變不多，故參數(shù)、等不必修正。3.4.3計算大、小齒輪的分度圓直徑3.4.4計算齒輪寬度圓整后取.低速級取m=3;由 取圓整后取表 1高速級齒輪：名稱代號計 算 公 式 小齒輪大齒輪模數(shù)m22壓力角2020分度圓直徑d=227=54=2109=218齒

30、頂高齒根高齒全高h齒頂圓直徑表 2低速級齒輪：名稱代號計 算 公 式 小齒輪大齒輪模數(shù)m33壓力角2020分度圓直徑d=327=54=2109=218齒頂高齒根高齒全高h齒頂圓直徑4.軸的設(shè)計4.1低速軸4.1.1求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 若取每級齒輪的傳動的效率,則圖4-1 由裝配環(huán)境進入機構(gòu)環(huán)境圖圖 4-2 機構(gòu)模塊下的主界面圖 圖 4-3 機構(gòu)菜單 圖 4-4 模型樹菜單 圖4-5 工具欄圖標(biāo)圖4-5所示的“機構(gòu)”工具欄圖標(biāo)和圖4-3中下拉菜單各選項功能解釋如下： 連接軸設(shè)置：打開“連接軸設(shè)置”對話框，使用此對話框可定義零參照、再生值以及連接軸的限制設(shè)置。 凸輪：打開“凸輪從動機構(gòu)連接

31、”對話框，使用此對話框可創(chuàng)建新的凸輪從動機構(gòu),也可編輯或刪除現(xiàn)有的凸輪從動機構(gòu)。 槽：打開“槽從動機構(gòu)連接”對話框，使用此對話框可創(chuàng)建新的槽從動機構(gòu)，也可編輯或刪除現(xiàn)有的槽從動機構(gòu)。 齒輪：打開“齒輪副”對話框，使用此對話框可創(chuàng)建新的齒輪副，也可編輯、移除復(fù)制現(xiàn)有的齒輪副。 伺服電動機：打開“伺服電動機”對話框，使用此對話框可定義伺服電動機，也可編輯、移除或復(fù)制現(xiàn)有的伺服電動機。 執(zhí)行電動機：打開“執(zhí)行電動機”對話框，使用此對話框可定義執(zhí)行電動機，也可編輯、移除或復(fù)制現(xiàn)有的執(zhí)行電動機。 彈簧：打開“彈簧” 對話框，使用此對話框可定義彈簧，也可編輯、移除或復(fù)制現(xiàn)有的彈簧。 阻尼器： 打開“阻尼器

32、”對話框，使用此對話框可定義阻尼器，也可編輯、移除或復(fù)制現(xiàn)有的阻尼器。 力/扭矩： 打開“力/扭矩”(對話框，使用此對話框可定義力或扭矩。也可編輯、移除或復(fù)制現(xiàn)有的力/扭矩負(fù)荷。 重力：打開“重力” 對話框，可在其中定義重力。 初始條件：打開“初始條件”對話框，使用此對話框可指定初始位置快照，并可為點、連接軸、主體或槽定義速度初始條件。 質(zhì)量屬性：打開“質(zhì)量屬性”對話框，使用此對話框可指定零件的質(zhì)量屬性，也可指定組件的密度。 拖動：打開“拖動”對話框，使用此對話框可將機構(gòu)拖動至所需的配置并拍取快照。 連接：打開“連接組件”對話框，使用此對話框可根據(jù)需要鎖定或解鎖任意主體或連接，并運行組件分析。

33、 分析：打開“分析”對話框，使用此對話框可添加、編輯、移除、復(fù)制或運行分析。 回放：打開“回放” 對話框，使用此對話框可回放分析運行的結(jié)果。也可將結(jié)果保存到一個文件中、恢復(fù)先前保存的結(jié)果或輸出結(jié)果。 測量：打開“測量結(jié)果”對話框，使用此對話框可創(chuàng)建測量，并可選取要顯示的測量和結(jié)果集。也可以對結(jié)果出圖或?qū)⑵浔４娴揭粋€表中。 軌跡曲線：打開“軌跡曲線”對話框，使用此對話框生成軌跡曲線或凸輪合成曲線。除了這些主要的菜單和工具外。還有幾個零散的菜單需要注意。4.2機械設(shè)計模塊的分析流程要進行機構(gòu)運動仿真設(shè)計，必須遵循一定的步奏。Pro/Engineer“機械設(shè)計”模塊包括“機械設(shè)計運動”（運動仿真）和

34、“機械設(shè)計動態(tài)”（動態(tài)分析）兩部分，使用“機械設(shè)計”分析功能，可在不考慮作用于系統(tǒng)上的力的情況下分析機構(gòu)運動，并測量主體位置、速度和加速度。和前者不同的是“機械動態(tài)”分析包括多個建模圖元，其中包括彈簧、阻尼器、力/力矩負(fù)荷以及重力?？筛鶕?jù)電動機所施加的力及其位置、速度或加速度來定義電動機。除重復(fù)組件和運動分析外，還可運行動態(tài)、靜態(tài)和力平衡分析。也可創(chuàng)建測量，以監(jiān)測連接上的力以及點、頂點或連接軸的速度或加速度?？纱_定在分析期間是否出現(xiàn)碰撞，并可使用脈沖測量定量由于碰撞而引起的動量變化。由于動態(tài)分析必須計算作用于機構(gòu)的力，所以它需要用到主體質(zhì)量屬性。兩者進行分析時流程基本上一致：表4.1 分析流程

35、表類型機械設(shè)計流程機械動態(tài)動流程創(chuàng)建模型定義主體生成連接定義連接軸置生成特殊連接定義主體指定質(zhì)量屬性生成連接定義連接軸設(shè)置生成特殊連接添加建模圖元應(yīng)用伺服電動機應(yīng)用伺服電動機應(yīng)用彈簧應(yīng)用阻尼器應(yīng)用執(zhí)行電動機定義力/力矩負(fù)荷定義重力創(chuàng)建分析模型運行運動學(xué)分析運行重復(fù)組件分析運行運動學(xué)分析運行動態(tài)分析運行靜態(tài)分析運行力平衡分析運行重復(fù)組件分析獲得結(jié)果回放結(jié)果檢查干涉查看測量創(chuàng)建軌跡曲線創(chuàng)建運動包絡(luò)回放結(jié)果檢查干涉查看定義的測量和動態(tài)測量創(chuàng)建軌跡曲線和運動包絡(luò)創(chuàng)建要轉(zhuǎn)移到 Mechanica 結(jié)構(gòu)的負(fù)荷集（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b*h=2

36、0mm12mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為L=63mm,同時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14mm9mm70mm，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。4.2中間軸4.2.1求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩4.2.2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：（2）因已知高速級大齒輪的分度圓直徑為：4.2.3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：軸的最小直徑顯然是安裝軸承處軸的直徑。圖 4-2

37、4.2.4初步選擇滾動軸承.（1）因軸承同時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)精度級的單列圓錐滾子軸承。其尺寸為dD*T=35mm72mm18.25mm，故，；（2）取安裝低速級小齒輪處的軸段2-3段的直徑 ；齒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，取。（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承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的

38、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。 4.2.5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b*h=22mm14mm。鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為63mm,同時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14mm9mm70mm，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10.10kw轉(zhuǎn)速362.2r/min轉(zhuǎn)矩263.61-2段軸長29.3mm1-2段直徑25mm2-3段軸長90mm2-3

39、段直徑45mm3-4段軸長12mm3-4段直徑57mm4-5段軸長51mm4-5段直徑45mm4.3高速軸4.3.1求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩若取每級齒輪的傳動的效率,則4.3.2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4.3.3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：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)軸器的孔徑相適應(yīng),故需同時選取聯(lián)軸器型號.聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 , 查表 ,考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小,故取 ,則:按照計算轉(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

40、手冊,選用LX2型彈性柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為 .半聯(lián)軸器的孔徑 ,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.4.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.4.1擬定軸上零件的裝配方案圖4-34.4.2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 而不壓在軸的端面上,故 段的長度應(yīng)比 略短一些,現(xiàn)取.2)初步選擇滾動軸承.因軸承同時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

41、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)精度級的單列圓錐滾子軸承。其尺寸為d*D*T=45mm*85mm*20.75mm，故 ；而 ，mm。3）取安裝齒輪處的軸段4-5段,做成齒輪軸；已知齒輪軸輪轂的寬度為61mm，齒輪軸的直徑為62.29mm。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)計而定）。根據(jù)軸承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。 5）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b*h=14mm*9mm ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為L=45mm,同時為了保

42、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14mm9mm70mm，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。高速軸的參數(shù)：表4-3功率10.41kw轉(zhuǎn)速1460r/min轉(zhuǎn)矩1-2段軸長80mm1-2段直徑30mm2-3段軸長45.81mm2-3段直徑42mm3-4段軸長45mm3-4段直徑31.75mm4-5段軸長99.5mm4-5段直徑48.86mm5-6段軸長61mm5-6段直徑62.29mm6-7段軸長26.75mm6-7段直徑45mm5.齒輪的參數(shù)化建模5.1齒輪的建模（1）在上

43、工具箱中單擊按鈕，打開“新建”對話框，在“類型”列表框中選擇“零件”選項，在“子類型”列表框中選擇“實體”選項，在“名稱”文本框中輸入“dachilun_gear”，如圖5-1所示。圖5-1“新建”對話框2取消選中“使用默認(rèn)模板”復(fù)選項。單擊“確定”按鈕，打開“新文件選項”對話框，選中其中“mmns_part_solid”選項，如圖5-2所示，最后單擊”確定“按鈕，進入三維實體建模環(huán)境。圖5-2“新文件選項”對話框（2）設(shè)置齒輪參數(shù)1在主菜單中依次選擇“工具”“關(guān)系”選項，系統(tǒng)將自動彈出“關(guān)系”對話框。2在對話框中單擊按鈕，然后將齒輪的各參數(shù)依次添加到參數(shù)列表框中，具體內(nèi)容如圖5-4所示，完成

44、齒輪參數(shù)添加后，單擊“確定”按鈕，關(guān)閉對話框。圖5-3輸入齒輪參數(shù)（3）繪制齒輪基本圓在右工具箱單擊，彈出“草繪”對話框。選擇FRONT 基準(zhǔn)平面作為草繪平面，繪制如圖5-4所示的任意尺寸的四個圓。（4）設(shè)置齒輪關(guān)系式，確定其尺寸參數(shù)1按照如圖5-5所示，在“關(guān)系”對話框中分別添加確定齒輪的分度圓直徑、基圓直徑、齒根圓直徑、齒頂圓直徑的關(guān)系式。2雙擊草繪基本圓的直徑尺寸，將它的尺寸分別修改為、修改的結(jié)果如圖5-6所示。 圖5-4草繪同心圓 圖5-5“關(guān)系”對話框 圖5-6修改同心圓尺寸 圖5-7“曲線：從方程”對話框（5）創(chuàng)建齒輪齒廓線1在右工具箱中單擊按鈕打開“菜單管理器”菜單，在該菜單中依

45、次選擇“曲線選項” “從方程” “完成”選項，打開“曲線：從方程”對話框，如圖5-7所示。2在模型樹窗口中選擇坐標(biāo)系，然后再從“設(shè)置坐標(biāo)類型”菜單中選擇“笛卡爾”選項，如圖5-8所示，打開記事本窗口。3在記事本文件中添加漸開線方程式，如圖5-9所示。然后在記事本窗中選取“文件” “保存”選項保存設(shè)置。圖5-8“菜單管理器”對話框 圖5-9添加漸開線方程4選擇圖5-11中的曲線1、曲線2作為放置參照，創(chuàng)建過兩曲線交點的基準(zhǔn)點PNTO。參照設(shè)置如圖5-10所示。曲 線1曲 線 2圖5-11基準(zhǔn)點參照曲線的選擇 圖5-10“基準(zhǔn)點”對話框5如圖5-12所示，單擊“確定”按鈕，選取基準(zhǔn)平面TOP和RI

46、GHT作為放置參照，創(chuàng)建過兩平面交線的基準(zhǔn)軸A_1，如圖6-13所示。圖5-12“基準(zhǔn)軸”對話框 圖5-13基準(zhǔn)軸A_16如圖5-13所示，單擊“確定”按鈕，創(chuàng)建經(jīng)過基準(zhǔn)點PNTO和基準(zhǔn)軸A_1的基準(zhǔn)平面DTM1,如圖5-14所示。5 5-15基準(zhǔn)平面對話框 5-15基準(zhǔn)平面DTM17如圖5-16所示，單擊“確定”按鈕，創(chuàng)建經(jīng)過基準(zhǔn)軸A_1，并由基準(zhǔn)平面DTM1轉(zhuǎn)過“-90/z”的基準(zhǔn)平面DTM2，如圖5-17所示。圖5-16“基準(zhǔn)平面”對話框 圖5-17基準(zhǔn)平面DTM28鏡像漸開線。使用基準(zhǔn)平面DTM2作為鏡像平面基準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖5-18所示。圖5-18鏡像齒廓曲線（6）創(chuàng)建齒根圓實體特征

47、1在右工具箱中單擊按鈕打開設(shè)計圖標(biāo)版。選擇基準(zhǔn)平面FRONT作為草繪平面，接收系統(tǒng)默認(rèn)選項放置草繪平面。2在右工具箱中單擊按鈕打開“類型”對話框，選擇其中的“環(huán)”單選按鈕，然后在工作區(qū)中選擇圖5-19中的曲線1作為草繪剖面。再圖標(biāo)中輸入拉伸深度為“b”，完成齒根圓實體的創(chuàng)建，創(chuàng)建后的結(jié)果如圖5-20所示。圖5-19草繪的圖形 5-20拉伸的結(jié)果（7）創(chuàng)建一條齒廓曲線1在右工具箱中單擊按鈕，系統(tǒng)彈出“草繪”對話框，選取基準(zhǔn)平面FRONT作為草繪平面后進入二維草繪平面。2在右工具箱單擊按鈕打開“類型”對話框，選擇“單個”單選按鈕，使用和并結(jié)合繪圖工具繪制如圖5-21所示的二維圖形。圖 5-21 草

48、繪曲線圖 5-22顯示倒角半徑3打開“關(guān)系”對話框，如圖5-22所示，圓角半徑尺寸顯示為“sd0”，在對話框中輸入如圖5-23所示的關(guān)系式。圖5-23“關(guān)系“對話框（8）復(fù)制齒廓曲線1在主菜單中依次選擇“編輯” “特征操作”選項，打開“菜單管理器”菜單，選擇其中的“復(fù)制”選項，選取“移動”復(fù)制方法，選取上一步剛創(chuàng)建的齒廓曲線作為復(fù)制對象。圖5-24依次選取的 菜單2選取“平移”方式，并選取基準(zhǔn)平面FRONT作為平移參照，設(shè)置平移距離為“B”，將曲線平移到齒坯的另一側(cè)。圖5-25輸入旋轉(zhuǎn)角度3繼續(xù)在“移動特征”菜單中選取“旋轉(zhuǎn)”方式，并選取軸A_1作為旋轉(zhuǎn)復(fù)制參照，設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度為“asin(2*

49、b*tan(beta/d)”，再將前一步平移復(fù)制的齒廓曲線旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度。最后生成如圖5-26所示的另一端齒廓曲線。圖5-26創(chuàng)建另一端齒廓曲線（9）創(chuàng)建投影曲線1在工具欄內(nèi)單擊按鈕，系統(tǒng)彈出“草繪”對話框。選取“RIGUT”面作為草繪平面，選取“TOP”面作為參照平面，參照方向為“右”，單擊“草繪”按鈕進入草繪環(huán)境。2繪制如圖5-27所示的二維草圖，在工具欄內(nèi)單擊按鈕完成草繪的繪制。圖5-27繪制二維草圖3主菜單中依次選擇“編輯” “投影”選項，選取拉伸的齒根圓曲面為投影表面，投影結(jié)果如下圖5-28所示。圖5-28投影結(jié)果（10）創(chuàng)建第一個輪齒特征1在主菜單上依次單擊“插入” “掃描混合”命令

50、，系統(tǒng)彈出“掃描混合”操控面板，如圖5-29所示。2在“掃描混合”操控面板內(nèi)單擊“參照”按鈕，系統(tǒng)彈出“參照”上滑面板，如圖6-30所示。圖5-29 “掃描混合”操作面板 圖5-30“參照”上滑面板3在“參照”上滑面板的“剖面控制”下拉列表框內(nèi)選擇“垂直于軌跡”選項，在“水平/垂直控制”下拉列表框內(nèi)選擇“垂直于曲面”選項，如圖5-30示。4在繪圖區(qū)單擊選取分度圓上的投影線作為掃描混合的掃引線，如圖5-31示。掃描引線圖5-31選取掃描引線5在“掃描混合”操作面板中單擊“剖面”按鈕，系統(tǒng)彈出“剖面”上滑面板，在上方下拉列表框中選擇“所選截面”選項，如圖5-32所示。圖5-32“剖面”上滑面板 圖5-33 選取截面6在繪圖區(qū)單擊選取“掃描混合”截面，如圖5-33所示。7在“掃描混合”操控面板內(nèi)單擊按鈕完成第一個齒的創(chuàng)建，完成后的特征如圖5-34所示。圖5-34完成后的輪齒特征 圖5-35“選擇性粘貼“對話框(11)陣列輪齒1單擊上一步創(chuàng)建的輪齒特征，在主工具欄中單擊按鈕，然后單擊按鈕，隨即彈出“選擇性粘貼”對話框，如圖5-35所示。在該對話框中勾選“對副本應(yīng)用移動/旋轉(zhuǎn)變換”，然后單擊“確定”按鈕。圖5-36 旋轉(zhuǎn)角度設(shè)置 圖5-37復(fù)制生成的第二個輪齒2單擊復(fù)制特征工具欄中的“變換”，在“設(shè)置”下拉菜單中選取“旋轉(zhuǎn)”