基于ansys的人字架的优化设计 毕业设计

基于ANSYS的人字架的优化设计EE（EE）指导老师EE摘要本毕设课题将ANSYS有限元法与优化设计技术有机的结合起来，对人字架结构进行有限元分析和优化设计。优化设计的基本原理是通过参数化模型的建立，运用各种优化方法，在满足设计要求的条件下迭代计算，求得目标函数的极小值，得到最优化设计方案。本课题采用的是一阶优化方法，迭代次数为30，其中设计变量是人字架的高度H和钢管的平均直径D，约束条件即状态变量是钢管的许用压应力和失稳临界应力，目标函数是人字架的总重量。通过对优化设计问题的分析，建立参数化模型、求解、后处理及优化设计，可以发现ANSYS软件分析的结果与理论计算结果基本一致。利用ANSYS对人字架进行优化设计，整个建模、分析过程充分说明ANSYS软件为人字架的结构设计提供了可靠、高效的理论依据，并为以后相似问题的分析设计提供了参考。关键词人字架；有限元分析；ANSYS120；优化设计OPTIMIZATIONDESIGNOFPROPELLERSTRUCTBASEDONTHEANSYSEEEE）TUTOREEABSTRACTTHISSUBJECTWILLFINISHFINITEELEMENTANALYSISANDOPTIMIZATIONDESIGNINGOFPROPELLERSTRUTSTRUCTUREWITHSETTINGTHEFINITEELEMENTOFANSYSMETHODANDOPTIMIZATIONDESIGNINGOFTHEORGANICCOMBINATIONTHEBASICPRINCIPLEOFOPTIMIZATIONDESIGNINGISTHROUGHTHEOPTIMIZATIONMODEL,USINGALLSORTSOFOPTIMIZATIONMETHODS,TOMEETTHEDESIGNREQUIREMENTSUNDERTHECONDITIONSOFTHEITERATIVECALCULATION,OBTAINSTHEOBJECTIVEFUNCTIONOFTHEBAREMINIMUM,GETSOPTIMALDESIGNTHISTOPICISTHEFIRSTORDERFOROPTIMIZATIONMETHOD,THEITERATIVETIMESFOR30,INCLUDINGDESIGNVARIABLEISTHEHEIGHTOFTHEPROPELLERSTRUCTANDSTEELTUBEOFAVERAGEDIAMETER,CONSTRAINTSTATEVARIABLESOFTHESTEELTUBEISALLOWABLESTRESSANDINSTABILITYCRITICALSTRESS,THEOBJECTIVEFUNCTIONISTHETOTALWEIGHTOFPROPELLERSTRUCTTHROUGHTHEANALYSISOFTHEPROBLEMSOFTHEOPTIMIZEDDESIGN,ESTABLISHTHEPARAMETRICMODEL,SOLUTION,REPROCESSINGANDOPTIMIZATIONDESIGN,CANFINDANSYSSOFTWAREANALYSISRESULTSANDTHETHEORETICALRESULTSAREBASICALLYTHESAMEMAKINGUSEOFANSYSCARRIESONTOTHEPERSONWORDEXCELLENTTURNADESIGN,THEWHOLEMODEL,ANALYSISTHEPROCESSWELLEXPLAINTHATTHESTRUCTUREDESIGNOFTHEANSYSSOFTWAREBEHAVIORWORDPROVIDEDCREDIBILITY,EFFICIENTLYOFTHEORYBASIS,ANDFORTHEANALYSISDESIGNOFALIKEPROBLEMHEREAFTERPROVIDEDAREFERENCEKEYWORDSPROPELLERSTRUCT；FINITEELEMENTANALYSIS；ANSYS；OPTIMIZATIONDESIGN目录1前言111人字架应用112ANSYS软件的简介2121ANSYS软件的功能2122ANSYS软件的特点313优化设计概述3131优化设计中的基本概念3132优化设计的步骤42基于ANSYS的人字架的优化设计921人字架优化问题分析922强度约束条件下的人字架的优化设计9221人字架优化设计的前处理9222人字架优化设计15223人字架的优化设置17224查看优化结果2423稳定约束条件下的人字架的优化设计27231人字架优化设计的前处理27232人字架优化设计32233人字架的优化设置34234查看优化结果4124结果比较423人字架优化设计的理论计算434优化结果与讨论465小结47致谢48参考文献491前言11人字架应用由于人字架的特殊结构特点，使其在现代的生活中占据着重要的地位，尤其是在工业生产中，人字架的应用非常广泛。例如，塔吊的主要构件之一就是人字架，它与转台、转构成了塔吊臂架系统和平衡系统的支撑结构。如下图11所示。图11塔吊人字架也应用在航空航天领域，尤其是在一些飞机上，人字架的作用极其重要，如下图12所示。图12飞机在我们的日常生活中，人字架也是随处可见的。比如人字架梯子、屋顶、番茄架，电线杆，还有著名的天津摩天轮，人字架也是采用人字结构作为基本支承的。如图13所示。图13人字架在日常生活中的应用12ANSYS软件的简介121ANSYS软件的功能ANSYS主要功能模块热分析结构分析电磁分析流体分析（CFD）耦合场分析多物理场声场分析压力分析优化设计122ANSYS软件的特点ANSYS软件的主要技术特点包括以下方面1、ANSYS软什可实现前后处理、分析、求解以及多次分析中数据库相统一的有限元分析。2、ANSYS软件可进行建模、加载与求解和分析结果输出。3、ANSYS软件是具有快速求解器和最早采用并行计算技术的FEM软什。4、ANSYS软件具有智能网格划分功能。5、ANSYS软件具有强大的非线性分析功能。6、ANSYS软件支持从微机、工作站到大型计算机乃至巨型计算机的所有硬件平台，且用户界面是统一的。7、ANSYS软件可实现在微机、工作站到大型计算机乃至巨型计算机的所有硬件平台上的数据文件兼容。8、ANSYS软件可与大多数CAD软件进行数据交换。9、ANSYS软件具有良好的用户自己开发环境和自动生成分析报告等功能10、ANSYS软件是具有独一无二的优化功能以及流场优化功能的分析软件。11、ANSYS软件具有多层次、多种类的计算分析模块。12、ANSYS软件是唯一具有多场及多场耦台功能的大型通用有限元分析软件。13优化设计概述任何一项工程或一个产品的设计都需要根据设计要求，合理选择方案，确定各种参数，以期达到最佳设计目的，比如重量轻、材料省、成本低、性能好、承载能力高等特点。为此，用CAE的基本手段有限元法和优化技术并将两者有机的结合起来，在对结构进行工程分析得到可行设计方案的基础上，对其进行进一步的优化设计，从结构的形状优化到设计参数的优化选择，通过这一过程，可以提高产品设计技术指标，并满足结构轻量化的目标。131优化设计中的基本概念在优化设计中，我们用到一些名词设计变量，状态变量，目标函数，合理和不合理的设计，分析文件，迭代，循环，设计序列等。1、设计变量（DVS）为自变量，优化结果的取得就是通过改变设计变量的数值来实现的。每个设计变量都有上下限，它定义了设计变量的变化范围。2、状态变量（SVS）是约束设计的数值。它们是“因变量”，是设计变量的函数。状态变量可能会有上下限，也可能只有单方面的限制，即只有上限或只有下限。3、目标函数（OBJ）是要尽量减小的数值。它必须是设计变量的函数，也就是说，改变设计变量的数值将改变目标函数的数值。在ANSYS优化程序中，只能设定一个目标函数。4、设计变量，状态变量和目标函数总称为优化变量。在ANSYS优化中，这些变量是由用户定义的参数来指定的。用户必须指出在参数集中哪些是设计变量，哪些是状态变量，哪些是目标函数。5、一个合理的设计是指满足所有给定的约束条件（设计变量的约束和状态变量的约束）的设计。如果其中任一约束不被满足，设计就被认为是不合理的。而最优设计是既满足所有的约束条件又能得到最小目标函数值的设计。6、分析文件是一个ANSYS的命令流输入文件，包括一个完整的分析过程（前处理、求解、后处理）。它必须包含一个参数化的模型，用参数定义模型并指出设计变量、状态变量和目标函数。由这个文件可以自动生成优化循环文件（JOBNAMELOOP），并在优化中计算循环处理。7、一次循环指一个分析周期（可以理解为执行一次文件分析）。最后一次循环的输出存储在文件JOBNAMEOPO中。优化迭代（或仅仅是迭代过程）是产生新的设计序列的一次或多次分析循环。一般来说，一次迭代等同于一次循环。但对于一阶方法，一次迭代代表多次循环。8、设计序列是指确定一个特定模型的参数的集合。一般来说，设计序列由优化变量的数值来确定的，但所有的模型参数（包括不是优化变量的参数）组成了一个设计序列。优化数据库记录当前的优化环境，包括优化变量定义，参数，所有优化设定，和设计序列集合。该数据库可以存储，也可以随时读入优化处理器。分析文件必须作为一个单独的实体存在，优化数据库不是ANSYS模型数据库的一部分。共有两种方法实现ANSYS优化设计批处理方法和通过GUI交互式地完成。132优化设计的步骤ANSYS软件中优化设计的过程如下图14所示图14优化设计的过程（1）其中生成循环所用的文件必须包括整个分析的过程，而且必须满足以下条件参数化建立模型（PREP7）。求解（SOLUTION）。提取并指定状态变量和目标函数（POST1/POST26）。（2）在ABSYS数据库里建立与分析文件中变量相对应的参数。这一步是标准的做法，但不是必须的（BEGIN或OPT）。（3）进入OPT，指定分析文件（OPT）。（4）声明优化变量。（5）选择优化工具或优化方法。（6）指定优化循环控制方式。（7）进行优化分析。（8）查看设计序列结果（OPT）和后处理（POST1/POST26）。具体的优化设计过程如下1、分析文件的生成分析文件生成是ANSYS优化设计过程中的关键部分。ANSYS程序运用分析文件构造循环文件，进行循环文件。分析文件中可以包括ANSYS提供的任意分析类型（结构，热，电磁等，线性或非线性）在分析文件中，模型的建立必须是参数化的（通常是优化变量为参数），结果也必须用参数来提取（用于状态变量和目标函数）。优化设计中也只能使用参数数值。建立分析文件有两种方法用系统编辑器逐行输入；交互式地完成分析，将ANSYS的LOG文件作为基础建立分析。不论采用哪种方法，分析文件需要包括的内容都是一样的。1）参数化建立模型用设计变量作为参数建立模型的工作是在PREP7中完成的。ANSYS可以对设计的任何方面进行优化尺寸，形状，材料性质，支撑位置，所加载荷等，唯一要求就是将其参数化。设计变量可以在程序的任何部分初始化，一般是在PREP7中定义。这些变量的初值只是在设计计算的开始用得到，在优化循环过程中会被改变。2）求解求解器用于定义分析类型和分析选项，施加载荷，指定载荷步，完成有限元计算。分析中所用到的数据都要指出凝聚法分析中的主自由度，非线性分析中的收敛准则，谐波分析中的频率范围等。载荷和边界条件也可以作为设计变量。3）参数化提取结果在本歩中，提取结果并赋值给相应的参数。这些参数一般为状态变量和目标函数。提取数据的操作用GET命令实现。通常用POST1来完成本步操作，特别是涉及到数据的存储，加减或其他操作。4）分析文件的准备如果用系统编辑器来编辑的批处理文件，那么简单地存盘进入第二步即可。如果是用交互方式建模的话，用户必须在交互环境下生成分析文件。2、建立优化过程中的参数在完成了分析文件的建立以后，就可以开始优化分析了（如果在系统中建立的分析文件的话，就要重新进入ANSYS）。如果在交互方式下进行优化，最好（但不是必须）从分析文件中建立参数到ANSYS数据库中来（在批处理方式下除外）。3、进入OPT，指定分析文件（OPT）在交互方式下，用户必须指定分析文件名。这个文件用于生成优化循环文件JOBNAMELOOP。分析文件名无默认值，因此必须输入。在批处理方式下，分析文件通常是批命令流的第一部分，从文件的第一行到命令/OPT第一次出现。在批处理方式中，默认的分析文件名是JOBNAMEBAT（它是一个临时性文件，是批处理输入文件的一个复制）。因此，在批处理方式下通常不用指定分析文件名。但是，如果出于某种考虑将文件分成两个部分（一个用于分析，另一个用于整个优化分析），那么就必须在进入优化处理器后指定分析文件OPANL。4、声明优化变量声明优化变量，即指定哪些参数是设计变量，哪些参数是状态变量，哪些参数是目标函数。允许有不超过60个设计变量和不超过100个状态变量，但只能有一个目标函数。对于设计变量和状态变量可以定义最大和最小值。目标函数不需要给定范围。每一个变量都有一个公差值，这个公差值可以由用户输入，也可以选择由程序计算得出。如果用OPVAR命令定义的参数名不存在，ANSYS数据库中将自动定义这个参数，并将初始值设为零。用户可以在任意时间简单地通过重新定义参数的方法来改变已经定义过的参数，也可以删除一个优化变量OPVAR,NAME,DEL。这种删除操作并不真正删除这个参数，而是不将它继续作为优化变量而已。5、选择优化工具或优化方法ANSYS程序提供了一些优化工具和方法。默认方式是单次循环。优化方法是使单个函数（目标函数）在控制条件下达到最小值的传统化的方法。有两种方法可用零阶方法和一阶方法。除此之外，用户可以提供外部的优化算法替代ANSYS本身的优化方法。使用其中任何一种方法之前，必须先定义目标函数。优化工具是搜索和处理设计空间的技术。因为求最小值不一定是优化的最终目标，所以目标函数在使用这些优化工具时可以不指出。但是，必须要指定设计变量。6、指定优化循环控制方式每种优化方法和工具都有相应的循环控制参数，比如最大迭代次数等。用户还可以控制几个循环特性，包括分析文件在循环中如何读取。可以从第一行读取（默认），也可以从第一个/PREP7出现的位置开始读取；设定为优化变量的参数可以忽略（默认），也可以在循环中处理，而且，用户可以指定循环中存储哪种变量，只存储数值变量还是存储数值变量和数组变量。这个功能可以在循环中控制参数的数值（包括设计变量和非设计变量）。7、进行优化分析所有的控制选项设定好以后，就可以进行分析了。在执行时，优化循环文件会根据分析生成。这个循环文件对用户是透明的，并在分析循环中使用。循环在满足下列情况时终止收敛；中断（不收敛，但最大循环次数或是最大不合理的数目达到了）；分析完成。如果循环是由于模型的问题中断时，优化处理器将进行下一次循环。如果是在交互方式下，程序将显示一个警告信息并询问是继续还是结束循环。如果是在批处理方式下，循环将自动继续。所有优化变量和其他参数在每次迭代后将存储在优化数据文件中。最多可以存储130组这样的序列。如果已经达到了130个序列，那么其中数据最“不好”的序列将被删除。8、查看设计序列结果优化循环结束后，可以用本部分介绍的命令或相应的GUI路径来查看设计序列。这些命令适用于任意优化方法和工具生成的结果。2电机选择21电动机选择（倒数第三页里有东东）211选择电动机类型212选择电动机容量电动机所需工作功率为；WDP工作机所需功率为WP；10FVPW传动装置的总效率为；4321传动滚筒9601滚动轴承效率2闭式齿轮传动效率73联轴器效率904代入数值得87906244321所需电动机功率为KWFVPD51061080略大于即可。DP选用同步转速1460R/MIN；4级；型号Y160M4功率为11KW213确定电动机转速取滚筒直径MD50MIN/612506RVNW1分配传动比（1）总传动比621540WMNI2分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比03410II则低速级的传动比826012I214电机端盖组装CAD截图图214电机端盖22运动和动力参数计算221电动机轴MNRKWNPTPMD816950I/420222高速轴MNRKWNPTMD096814950I/146111223中间轴MNRRKWNPTI62310950IN/MI/34161097052222320224低速轴MNRKWNPTI873590612590IN/836970913312332102225滚筒轴MNRKWNPTI72061549095MI/76124909443442033齿轮计算31选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2绞车为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB1009588）。3材料选择。由表101选择小齿轮材料为40CR（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4选小齿轮齿数，大齿轮齿数。取241Z7690342Z972Z5初选螺旋角。初选螺旋角132按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式（1021）进行试算，即30112HEDTTZTK321确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数1。6TK（2）由机械设计第八版图1030选取区域系数。432HZ（3）由机械设计第八版图1026查得，则780170。521（4）计算小齿轮传递的转矩。MNNPT1086146090954511（5）由机械设计第八版表107选取齿宽系数D（6）由机械设计第八版表106查得材料的弹性影响系数MPAZE819（7）由机械设计第八版图1021D按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。MPAH01LIMH502LIM13计算应力循环次数。91103650821466HJLNN920534（9）由机械设计第八版图（1019）取接触疲劳寿命系数901HNK。502HNK（10）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1，安全系数S1，由机械设计第八版式（1012）得MPASHN5406901LIM1K22LI2（11）许用接触应力PAHH53121322计算（1）试算小齿轮分度圆直径DT140321THETDKTZ32486063410679107382956MM（2）计算圆周速度V0SMNT/78316549106（3）计算齿宽及模数1COS495TNTDMZ2MMTNT121CS6249706H225225245MMT4956/451101HB（4）计算纵向重合度0318124TAN2073TAN3180ZD4（5）计算载荷系数K。已知使用系数根据V76M/S,7级精度，由机械设计第八版图108,A查得动载系数1V由机械设计第八版表104查得的值与齿轮的相同，故KH421KH由机械设计第八版图1013查得351F由机械设计第八版表103查得故载荷系数4H11111414222HVAK（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（1010A）得31DTTM15375649256493（7）计算模数ZMN1COS240241COS33按齿根弯曲强度设计由式（1017）321COSFSADNYZTK331确定计算参数（1）计算载荷系数。209FVAK3514（2）根据纵向重合度，从机械设计第八版图1028查得螺旋90角影响系数80Y（3）计算当量齿数。37269104214COS33311ZV5793322V（4）查齿形系数。由表105查得182571YFAFA（5）查取应力校正系数。由机械设计第八版表105查得791621YSASA（6）由机械设计第八版图1024C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；MPAFE501MPFE3802（7）由机械设计第八版图1018取弯曲疲劳寿命系数，8501KFN；82KN（8）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S14,由机械设计第八版式（1012）得MPAASFPFEN862341805752211（9）计算大、小齿轮的并加以比较。YSA1360573921FYSASA2428由此可知大齿轮的数值大。332设计计算MMMMN5910843420164265180610232322497COS对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿面齿根弯曲疲N劳强度计算的法面模数，取2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强N度，需按接触疲劳强度得的分度圆直径100677MM来计算应有的齿数。于是由736214COS5COS1DZN取，则取27181042Z092Z34几何尺寸计算341计算中心距AMMZN2140973614COS207COS21将中以距圆整为141MM342按圆整后的中心距修正螺旋角061497ARCOS214097ARCOS2ARCOS1ZN因值改变不多，故参数、等不必修正。KZH343计算大、小齿轮的分度圆直径MMZDN24970184COS5221A513251344计算齿轮宽度MBD5671圆整后取B12低速级取M330Z由823412I取406874ZMZD2187943A57603MBD9013圆整后取B5,34表1高速级齿轮计算公式名称代号小齿轮大齿轮模数M22压力角2020分度圆直径D22754ZM12109218ZDM2齿顶高HA121HAA齿根高F2CFF齿全高HMA21齿顶圆直径DA1AAZHZDAA2表2低速级齿轮计算公式名称代号小齿轮大齿轮模数M33压力角2020分度圆直径D32754ZM12109218ZDM2齿顶高HA121AAH齿根高F2CFF齿全高HMA21齿顶圆直径DA1AAZHZDAA24轴的设计41低速轴411求输出轴上的功率转速和转矩P3N3T3若取每级齿轮的传动的效率,则MNRKWNPTI84273590612590IN/83697013312332102412求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为MMZD4014NNFTTANTRT90814TA36213679362COSTCOS8735243圆周力,径向力及轴向力的TRFA413初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径选取轴的材料为45钢,调质处理根据机械设计第八版表153,取,于是得120AMNPD647076593330MIN输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径为了使所选的轴直径与联轴D12器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号联轴器的计算转矩,查表考虑到转矩变化很小,故取,则TKACA331KAMNMNTACA695473584213按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T50142003或手册,CA选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2500000半联轴器的孔径,故取,半联轴器长度L112MM,半联轴器与轴配合的毂孔MD51D5021长度L84414轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案图41（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1根据联轴器为了满足半联轴器的轴向定位要示求,12轴84,501212MLD段右端需制出一轴肩,故取23段的直径左端用轴端挡圈,按轴端直径取D623挡圈直径D65MM半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在ML841半联轴器上而不压在轴的端面上,故12段的长度应比略短一些,现取ML8212初步选择滚动轴承因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游子隙M623组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313。其尺寸为DDT65MM140MM36MM，故；而。MD65743ML82,5465653）取安装齿轮处的轴段45段的直径；齿轮的右端与左轴承之间704采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为90MM，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度L854，故取H6MM，则轴环处的直径。轴环宽度，DH07D8265HB41取。ML5654）轴承端盖的总宽度为20MM（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离L30MM，故取L574032低速轴的相关参数表41功率P3KW69转速NMIN/7125R转矩T3N84312段轴长L2184MM12段直径D2150MM23段轴长L324057MM23段直径3262MM34段轴长L43495MM34段直径D4365MM45段轴长L5485MM45段直径5470MM56段轴长L65605MM56段直径D6582MM67段轴长L76545MM67段直径7665MM（3）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面D54BH20MM12MM，键槽用键槽铣刀加工，长为L63MM,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，67NH选用平键为14MM9MM70MM，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向K定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为M6。42中间轴421求输出轴上的功率转速和转矩P2N2T2MNRRKWNPTI62310950I/MI/34161097051222320422求作用在齿轮上的力（1）因已知低速级小齿轮的分度圆直径为MMZD140353NNFDTTANTRT35214TA214297063COS0T376COS5123（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为MMZD3912NNFTTANTRT1234TA95495706COS0T13COS2162423初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径选取轴的材料为45钢,调质处理根据表153,取,于是得120AMNPD630271236013320MIN轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径。D12图42424初步选择滚动轴承（1）因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游子隙组、标准精度级MD3521的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为DDT35MM72MM1825MM，故，；6521L8165（2）取安装低速级小齿轮处的轴段23段的直径；齿MD4532L8291轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为95MM，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的右端采用L9032轴肩定位，轴肩高度，故取H6MM，则轴环处的直径。轴环宽度，DH07HB41取。ML1243（3）取安装高速级大齿轮的轴段45段的直径齿轮的右端与右端轴45MD承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为56MM，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。L514425轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面D54BH22MM14MM。键槽用键槽铣刀加工，长为63MM,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14MM9MM70MM，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为M6。中间轴的参数表42功率P21010KW转速N3622R/MIN转矩T22636MN12段轴长L1293MM12段直径D2125MM23段轴长L3290MM23段直径3245MM34段轴长L4312MM34段直径D4357MM45段轴长L5451MM45段直径5445MM43高速轴431求输出轴上的功率转速和转矩P1N1T1若取每级齿轮的传动的效率,则MNRKWNPTMD096814950I/146111432求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为MZD72431NNFDTTANTRT95470238194TAN38196COS20TCOS3819706821433初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径选取轴的材料为45钢,调质处理根据表153,取,于是得120AMNPD542109412137214602331MIN输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径为了使所选的轴直径与联轴D12器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号联轴器的计算转矩,查表,考虑到转矩变化很小,故取,则TKACA131KAMNTACA857680931按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T50142003或CA手册,选用LX2型弹性柱销联轴器,其公称转矩为560000半联轴器的孔径,故取,半联轴器长度L82MM,半联轴器与轴配合的毂孔长度MD3013021L8244轴的结构设计441拟定轴上零件的装配方案图43442根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1为了满足半联轴器的轴向定位要示求,12轴段右端需制出一轴肩,故取23段的直径左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D45MM半联轴器与MD423轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端L81面上,故段的长度应比略短一些,现取ML80212初步选择滚动轴承因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游子隙组D432、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为DDT45MM85MM2075MM，故；而，MM。MD457643ML7568775314L3）取安装齿轮处的轴段45段,做成齿轮轴；已知齿轮轴轮毂的宽度为61MM，齿轮轴的直径为6229MM。4）轴承端盖的总宽度为20MM（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离L30MM，故取。ML8145325）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面D54BH14MM9MM，键槽用键槽铣刀加工，长为L45MM,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，67NH选用平键为14MM9MM70MM，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周K向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为M6。高速轴的参数表43功率P11041KW转速N1460R/MIN转矩T1MN096812段轴长L280MM12段直径D2130MM23段轴长L324581MM23段直径3242MM34段轴长L4345MM34段直径D433175MM45段轴长L54995MM45段直径544886MM56段轴长L6561MM56段直径D656229MM67段轴长L762675MM67段直径7645MM5齿轮的参数化建模51齿轮的建模（1）在上工具箱中单击按钮，打开“新建”对话框，在“类型”列表框中选择“零件”选项，在“子类型”列表框中选择“实体”选项，在“名称”文本框中输入“DACHILUN_GEAR”，如图51所示。图51“新建”对话框2取消选中“使用默认模板”复选项。单击“确定”按钮，打开“新文件选项”对话框，选中其中“MMNS_PART_SOLID”选项，如图52所示，最后单击”确定“按钮，进入三维实体建模环境。图52“新文件选项”对话框（2）设置齿轮参数1在主菜单中依次选择“工具”“关系”选项，系统将自动弹出“关系”对话框。2在对话框中单击按钮，然后将齿轮的各参数依次添加到参数列表框中，具体内容如图54所示，完成齿轮参数添加后，单击“确定”按钮，关闭对话框。图53输入齿轮参数（3）绘制齿轮基本圆在右工具箱单击，弹出“草绘”对话框。选择FRONT基准平面作为草绘平面，绘制如图54所示的任意尺寸的四个圆。（4）设置齿轮关系式，确定其尺寸参数1按照如图55所示，在“关系”对话框中分别添加确定齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径的关系式。2双击草绘基本圆的直径尺寸，将它的尺寸分别修改为、修改的结DABFD果如图56所示。图54草绘同心圆图55“关系”对话框图56修改同心圆尺寸图57“曲线从方程”对话框（5）创建齿轮齿廓线1在右工具箱中单击按钮打开“菜单管理器”菜单，在该菜单中依次选择“曲线选项”“从方程”“完成”选项，打开“曲线从方程”对话框，如图57所示。2在模型树窗口中选择坐标系，然后再从“设置坐标类型”菜单中选择“笛卡尔”选项，如图58所示，打开记事本窗口。3在记事本文件中添加渐开线方程式，如图59所示。然后在记事本窗中选取“文件”“保存”选项保存设置。图58“菜单管理器”对话框图59添加渐开线方程4选择图511中的曲线1、曲线2作为放置参照，创建过两曲线交点的基准点PNTO。参照设置如图510所示。图511基准点参照曲线的选择图510“基准点”对话框5如图512所示，单击“确定”按钮，选取基准平面TOP和RIGHT作为放置参照，创建过两平面交线的基准轴A_1，如图613所示。曲线1曲线2图512“基准轴”对话框图513基准轴A_16如图513所示，单击“确定”按钮，创建经过基准点PNTO和基准轴A_1的基准平面DTM1,如图514所示。5515基准平面对话框515基准平面DTM17如图516所示，单击“确定”按钮，创建经过基准轴A_1，并由基准平面DTM1转过“90/Z”的基准平面DTM2，如图517所示。图516“基准平面”对话框图517基准平面DTM28镜像渐开线。使用基准平面DTM2作为镜像平面基准曲线，结果如图518所示。图518镜像齿廓曲线（6）创建齿根圆实体特征1在右工具箱中单击按钮打开设计图标版。选择基准平面FRONT作为草绘平面，接收系统默认选项放置草绘平面。2在右工具箱中单击按钮打开“类型”对话框，选择其中的“环”单选按钮，然后在工作区中选择图519中的曲线1作为草绘剖面。再图标中输入拉伸深度为“B”，完成齿根圆实体的创建，创建后的结果如图520所示。图519草绘的图形520拉伸的结果（7）创建一条齿廓曲线1在右工具箱中单击按钮，系统弹出“草绘”对话框，选取基准平面FRONT作为草绘平面后进入二维草绘平面。2在右工具箱单击按钮打开“类型”对话框，选择“单个”单选按钮，使用和并结合绘图工具绘制如图521所示的二维图形。图521草绘曲线图522显示倒角半径3打开“关系”对话框，如图522所示，圆角半径尺寸显示为“SD0”，在对话框中输入如图523所示的关系式。图523“关系“对话框（8）复制齿廓曲线1在主菜单中依次选择“编辑”“特征操作”选项，打开“菜单管理器”菜单，选择其中的“复制”选项，选取“移动”复制方法，选取上一步刚创建的齿廓曲线作为复制对象。图524依次选取的菜单2选取“平移”方式，并选取基准平面FRONT作为平移参照，设置平移距离为“B”，将曲线平移到齿坯的另一侧。图525输入旋转角度3继续在“移动特征”菜单中选取“旋转”方式，并选取轴A_1作为旋转复制参照，设置旋转角度为“ASIN2BTANBETA/D”，再将前一步平移复制的齿廓曲线旋转相应角度。最后生成如图526所示的另一端齿廓曲线。图526创建另一端齿廓曲线（9）创建投影曲线1在工具栏内单击按钮，系统弹出“草绘”对话框。选取“RIGUT”面作为草绘平面，选取“TOP”面作为参照平面，参照方向为“右”，单击“草绘”按钮进入草绘环境。2绘制如图527所示的二维草图，在工具栏内单击按钮完成草绘的绘制。图527绘制二维草图3主菜单中依次选择“编辑”“投影”选项，选取拉伸的齿根圆曲面为投影表面，投影结果如下图528所示。图528投影结果（10）创建第一个轮齿特征1在主菜单上依次单击“插入”“扫描混合”命令，系统弹出“扫描混合”操控面板，如图529所示。2在“扫描混合”操控面板内单击“参照”按钮，系统弹出“参照”上滑面板，如图630所示。图529“扫描混合”操作面板图530“参照”上滑面板3在“参照”上滑面板的“剖面控制”下拉列表框内选择“垂直于轨迹”选项，在“水平/垂直控制”下拉列表框内选择“垂直于曲面”选项，如图530示。4在绘图区单击选取分度圆上的投影线作为扫描混合的扫引线，如图531示。图531选取扫描引线5在“扫描混合”操作面板中单击“剖面”按钮，系统弹出“剖面”上滑面板，在上方下拉列表框中选择“所选截面”选项，如图532所示。图532“剖面”上滑面板图533选取截面6在绘图区单击选取“扫描混合”截面，如图533所示。7在“扫描混合”操控面板内单击按钮完成第一个齿的创建，完成后的特征扫描引线如图534所示。图534完成后的轮齿特征图535“选择性粘贴“对话框11阵列轮齿1单击上一步创建的轮齿特征，在主工具栏中单击按钮，然后单击按钮，随即弹出“选择性粘贴”对话框，如图535所示。在该对话框中勾选“对副本应用移动/旋转变换”，然后单击“确定”按钮。图536旋转角度设置图537复制生成的第二个轮齿2单击复制特征工具栏中的“变换”，在“设置”下拉菜单中选取“旋转”选项，“方向参照”选取轴A_1，可在模型数中选取，也可以直接单击选择。输入旋转角度“360/Z”,如图636所示。最后单击按钮，完成轮齿的复制，生成如图637所示的第2个轮齿。3在模型树中单击刚刚创建的第二个轮齿特征，在工具栏内单击按钮，或者依次在主菜单中单击“编辑”“阵列”命令，系统弹出“阵列”操控面板，如图638