某典型零件的逆向工程与加工制造

某典型零件的逆向工程及加工制造EE（EE）指导老师：EE摘 要 逆向工程是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解、改进和二次设计。本文以齿轮轮毂为例，对其进行了数据的扫描、点云处理、小平面特征、重新造型。然后对处理的数据进行实体化，用于快速制造加工。关 键 字 逆向工程、点云、激光测量、快速制造IIReverse Engineering and Manufacturing of Typical Partsee（ee）tutor:eeAbstract: Reverse engineering is a kind of engineering design model that based on existing products or parts of prototype structure of components or parts of components,and on the basis of the existing product analysis, understanding , improvement and secondary design.In this article,taking gear wheel hub as an example,has carried on the data of scanning,point cloud processing,facet feature,re-modeling.Entity,then the processing of the data for the rapid manufacturing processes.Key Words: Reverse Engineering,Point Cloud,Laser Measuring,Rapid ManufacturingeeI目 录目 录 .I1 绪论 11.1 引言 .11.2 逆向工程的概念 .11.3 国内外研究现状 .31.3.1 国外反求工程技术的应用研究 .31.3.2 国内反求工程技术的应用研究 .41.4 本课题的研究意义 .41.5 本课题研究的主要工作 .52. 逆向工程软硬件设备 72.1 扫描设备 .72.2 点云曲面处理软件 .92.2.1 点云处理功能 112.2.2 位置移动功能 122.3 实体建模软件 122.3.1 小品面特征 132.3.2 重新造型 143 建立齿轮的具体步骤 .153.1 齿轮外形逆向开发流程 153.2 模型分析 153.3 扫描 153.3.1 扫描前准备 153.3.2 扫描设备的调试及校正 153.3.3 点云扫描 203.4 点云数据清理 223.4.1 点云与实体相对比 223.4.2 除去坏点 223.4.3 点云位置的移动 233.5 数据转化导出通用格式 233.6 曲面造型 233.6.1 造型前准备 233.6.2 小平面特征处理 243.6.3 重新造型 313.7 实体造型 31II4.快速制造 .335.结论 .35致谢 .36参考文献 .37ee第 1 页 共 37 页1 绪论1.1 引言在瞬息万变的产品市场中，能否快速地生产出合乎市场要求的产品就成为企业成败的关键。由于各种原因往往我们都会遇到只有一个实物样品或手工模型，没有图纸或 CAD 数据档案，有时，甚至可能连一张可以参考的图纸也不存在，没法得到准确的尺寸，这就为我们在后续的工作中采用先进的设计手段和先进的制造技术带来了很大的障碍，制造模具也就更为烦杂。但是逆向工程技术很好的解决了这一问题。作为产品设计制造的一种手段，在 20 世纪 90 年代初，逆向工程技术开始引起各国工业界和学术界的高度重视，从此以后，有关逆向工程技术的研究与应用就一直受到政府、企业和个人的关注，特别是随着现代计算机技术及测试技术的发展，利用CAD/CAM 技术、先进制造技术来实现产品实物的逆向工程，已成为 CAD/CAM 的一个研究热点，并成为逆向工程技术应用的主要内容。1.2 逆向工程的概念逆向工程（Reverse Engineering，RE）也称反求工程、反向工程等。逆向工程起源于精密测量和质量检验，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路。传统的产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品，我们称之为正向工程（或顺向工程）而产品的逆向工程是根据零件（或原型）生成图样，再制造产品。它是一种以先进产品设备的实物、样件、软件（包括图样、程序、技术文件等）或影像（图像、照片等）作为研究对象，应用现代设计方法学、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统分析和研究、探索掌握其关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品的技术，是针对消化吸收先进技术采取的一系列分析方法和应用技术的结合。广义的逆向工程包括形状（几何）逆向、工艺逆向和材料逆向等诸多方面，是一个复杂的系统工程。目前，大多数有关“逆向工程”技术的研究和应用都集中在几何形状，即重建产品实物的 CAD 模型和最终产品的制造方面，称为“实物逆向工程” 。这是因为一方面，作为研究对象，产品实物是面向消费市场最广、最多的一类设计成果，也是最容易获2得的研究对象；另一方面，在产品开发和研制过程中，虽已经广泛使用了计算机几何造型技术，但是仍有许多产品，由于种种原因，最初并不是由计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）模型描述的，设计和制造者面对的是实物样件。为了适应先进制造技术的发展,需要通过一定途径将实物样件转化为 CAD 模型,利用计算机辅助制造(Computer Aided Manufacture，CAM)、快速原型制造和快速模具(Rapid Protoyping Manufacture/Rapid Tooling，RPM/RT)、产品数据管理(Product Manufacture System，CIMS)等先进技术对其进行处理或管理。同时,随着现代测试技术的发展,快速、精确地获取实物的几何信息已变成现实。目前,这种从实物样件获取产品数学模型并制造得到新产品的相关技术,已成为 CAD/CAM 系统中的一个研究及应用热点,并发展成为一个相对独立的领域。在这一意义下,“实物逆向工程”(简称逆向工程)可定义为:逆向工程是将实物转变为 CAD 模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称。在制造业领域内逆向工程有广泛的应用背景。在下列情形下,需要将实物模型转换为 CAD 模型:1 尽管计算机辅助设计技术 CAD 发展迅速,各种商业软件的功能也日益强大,但目前还无法满足一些复杂曲面零件的设计需要,还存在许多使用粘土或泡沫模型代替 CAD 设计的情况,最终需要运用逆向工程将这些实物模型转换为 CAD 模型。2 外形设计师倾向使用产品的比例模型,以便于产品外形的美学评价,最终可通过运用逆向工程技术将这些比例模型用数学模型表达,通过比例运算得到美观的真实尺寸的CAD 模型。3 由于各相关学科发展水平的限制,对零件的功能和性能分析,还不能完全由 CAE 来完成,往往需要通过试验来确定最终零件的形状,如在模具制造中经常需要通过试冲和修改模具型面方可得到最终符合要求的模具。若将最终符合要求的模具测量并反求出其 CAD 模型,在再次制造该模具时就可运用这一模型生成加工程序,就可大大减少修模量,提高模具生产效率,降低模具生产成本。4 目前在国内,由于 CAD/CAM 技术运用发展的不平衡,普遍存在这样的情况:在模具制造中,制造者得到的原始资料为实物零件,这时为了能利用 CAD/CAM 技术来加工模具,必须首先将实物零件转换为 CAD 模型,继而在 CAD 模型基础上设计模具。5 艺术品、考古文物的复制。6 人体中的骨头和关节等的复制、假肢制造。ee第 3 页 共 37 页7 特种服装、头盔的制造要以使用者的身体为原始设计依据,此时,需首先建立人体的几何模型。8 在 RPM 的应用中,逆向工程的最主要表现为:通过逆向工程,可以方便地对快速原型制造的原型产品进行快速、准确的测量,找出产品设计的不足,进行重新设计,经过反复多次迭代可使产品完善。1.3 国内外研究现状1.3.1 国外反求工程技术的应用研究这项技术是 20 世纪 80 年代分别由美国 3M 公司、日本名古屋工业研究所和美国UVP 公司提出并研制开发成功的。进入 20 世纪 90 年代以来，反求工程技术被放大到大幅度缩短新产品开发周期和增强企业竞争能力的主要位置上。1998 年,全球反求工程技术系统加工中心达到 331 个，拥有快速成型机 66 台套，同时有 27 个快速成型设备制造公司,12 个大的材料供应商,15 个专业软件公司，再加上从事该项目的 51 个教育研究机构以及 227 个提供赞助的基金会以及大量的激光设备应用者和真空铸造机制造者，形成了一个强大的集成体。在经过了初期 50%的高速增长后,世界快速制造业正步入稳定增长期,年增长率保持在 17%左右。迄今,在国际市场上,不仅有许多反求测量设备,也出现了许多个与反求工程相关的软件,主要有:美国 Imageware 公司产品 Surfacer、英国 DelCAM 公司产品 CopyCAD、英国 MDTV 公司的 STRTM and Surface Reconstruction、英国 Renishaw 公司的 TRACE,在一些流行的 CAD/CAM 集成系统中也开始集成了类似模块,如 Unigrahics 中的PointCloud 功能、Pro/Engineering 中的 Pro/SCAN 功能、Cimatron90 中的 Reverse Engineering 功能模块等。日本开发了从 MRI、CT 重构三维实体的软件，英、法等国能将扫描数据在数控设备上复制，美国开发了 CT 可视化可转成 IGES 的软件。在越来越剧烈的市场竞争中,这项技术已被先进工业国家有远见的企业所采用,以使其在市场竞争中立于不败之地,已经在家电、汽车、玩具、轻工、建筑、医疗、航空、航天、兵器等行业得到推广,并取得重大的经济效益。但非常完善的针对工业设计的反求工程系统目前还没有,在各个环节都存在一定问题。此外由于测量方式、数据处理方式的多样性,使反求工程系统与其他系统如 CAD、CAM 等的接口缺乏同统一的标准,不能高效率地交换信息,这是目前反求工程研究有待解决的问题。41.3.2 国内反求工程技术的应用研究与国外相比，国内研究起步晚、经费投入少，限制了高水平研究的开展，创新性的研究不多，在世界学术领域，还没有形成较大的影响力。已知的较早从事逆向工程研究的单位多为高等院校，较有代表性的有西安交通大学 CIMS 中心的面向 CMM 的逆向工程测量方法和基于线结构光视觉传感器的光学坐标测量机的研究、上海交通大学国家工程模具中心的集成系统和自动建模技术、浙江大学生产工程研究所的三角面片建模、南京航空航天大学 CAD/CAM 程研究中心的基于海量散乱点三角网格面重建和自动建模方法、华中科技大学的曲面测量与重建和西北工业大学的数据点处理、建模等。在应用研究上,除一些实验室的小型软件外,自主开发的商用逆向软件仅有浙江大学生产工程研究所的反求工程 CAD 软件 RESOFT 和西北工业大学的实物测量造型系统NPUSRMS 由于缺乏自主的 CAD/CAM 软件的支撑,以及逆向工程的上游测试设备和下游应用(CAD/CAE/CAM)基本为国外产品,使得国产软件产品在设备接口、数据转换和应用上一直滞后于相关产品,开发的软件显得势单力薄,与国外软件相比处于竞争的劣势。90 年代后期,反求工程技术在我国迅速发展和推广,但至今还没有具有真正的集开发和产业于一体的经济实体。因此,如何将反求工程系统地应用于工业产品创新设计,如何根据工业设计的需要来开发合适的反求工程系统,还处于摸索阶段。目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状的逆向，即重建产品实物的 CAD，称为“实物逆向工程” 。1.4 本课题的研究意义随着全世界越来越多的研究学者和工程师的努力，逆向工程技术已经变得成熟和可靠，他们通过计算机所进行的大量的模拟科学研究，获得了大量宝贵的资料和成果。由于传统的复制方法无法建立工件尺寸图档，也无法做任何的外形修改。这为后续的改进设计造成很大程度上的麻烦,一旦面对外型上的改变、时间约束上的问题，传统的复制方法就无法实现，新型数字化的逆向工程系统就专门为制造业提供了一个全新、高效的三维制造路线。并给出一个一体化的解决方案：从样品数据产品。由高速三维激光扫描机对已有的样品或模型进行准确、高速的扫描，得到其三维轮廓数据，配合逆向软件进行曲面重构，并对重构的曲面进行在线精度分析、评价构造效果，最终生成 IGES 或 STL 数据，据此就能进行快速成型或 CNC 数控加工。此种已有的实物设计方法既能修改外形，又能缩短时间。所以，采用新型数字化的逆向工程系统来做实ee第 5 页 共 37 页物的再生产、开发是目前最有发展前景的研究方法之一。通过阅读文献了解相关研究背景和国内外研究现状，我对于逆向工程有了更清楚的认识，本课题能够全面地考量我在本科阶段的分析动手能力、对于新理论的应用学习能力以及对于问题的探索研究能力，能够完成本课题将是对我整个本科阶段的最佳总结。1.5 本课题研究的主要工作反求技术是利用电子仪器去收集物体表面的原始数据,之后再使用软件，计算出采集数据的空间坐标，并得到对应的颜色。扫描仪是对物体作全方位的扫描、然后整理数据、三维造型、格式转换、输出结果。整个操作过程，可以分为四个步骤： 1 物体数据化普遍采用三坐标测量机或激光扫描仪来采集物体表面的空间坐标值。 2 从采集的数据中分析物体的几何特征依据数据的属性，进行分割、再采用几何特征和识别方法来分析物体的设计及加工特征。 3 物体三维模型重建利用 CAD 软件，把分割后的三维数据作表面模型的拟合，得出实物的三维模型。 4 检验、修正三维模型通过使用三坐标测量机等获得数据然后进行分析，快速准确校对点数据输入是否有误以及为力学特性及运动规律等提供参考。研究方案的具体设计 1 物体数据化普遍采用三坐标测量机或激光扫描仪来采集物体表面的空间坐标值。 2 分析物体的几何特征依据数据的属性，进行分割、再采用几何特征和识别方法来分析物体的设计及加工特征。 3 构建物体三维模型利用软件，把分割后的三维数据作表面模型的拟合，得出实物的三维模型。4 检验修正三维模型技术路线：模型曲面分析确定扫描方案进行实体点云扫描进行点云数据处理建立曲面进行实体建模快速成型。62.电机选择2.1 电动机选择（倒数第三页里有东东）2.1.1 选择电动机类型2.1.2 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：；432传动滚筒 96.01滚动轴承效率 2闭式齿轮传动效率 7.3联轴器效率 4代入数值得： 8.0909.6024321 所需电动机功率为： kWFvPd 5.118.略大于 即可。d选用同步转速 1460r/min ；4 级 ；型号 Y160M-4.功率为 11kW2.1.3 确定电动机转速取滚筒直径 mD50in/6.12506rvnw1.分配传动比（1）总传动比 62.1.54wmni(2)分配动装置各级传动比ee第 7 页 共 37 页取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比 03.4.10ii则低速级的传动比 8.2.6012i2.1.4 电机端盖组装 CAD 截图图 2.1.4 电机端盖2.2 运动和动力参数计算2.2.1 电动机轴mNrkWnPTpmd81.6950i/42.02.2.2 高速轴8mNrkWnpTmd 09.6814.950i/146.1112.2.3 中间轴 mNrr kWnpTi 6.23.10950in/.mi/3.41610.7.22223202.2.4 低速轴 mNrkWnpTi 8.735906.12590in/.8.369.7.09133123321022.2.5 滚筒轴 mNr kWnpTi 7206.1549095mi/76.124944344203ee第 9 页 共 37 页103.齿轮计算3.1 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（GB 10095-88） 。3材料选择。由表 10-1 选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280 HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质）硬度为 240 HBS，二者材料硬度差为 40 HBS。4选小齿轮齿数 ，大齿轮齿数 。取241z 76.903.42z 972z5 初选螺旋角。初选螺旋角 13.2 按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式（10-21）进行试算，即 30112HEdtt ZTK3.2.1 确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数 1。6.tk（2）由机械设计第八版图 10-30 选取区域系数 。43.2hz（3）由机械设计第八版图 10-26 查得 ， ，则78.0170。5.21（4）计算小齿轮传递的转矩。 mNnpT .108.6.1460.90.95 4511 （5）由机械设计第八版表 10-7 选取齿宽系数 d（6）由机械设计第八版表 10-6 查得材料的弹性影响系数 MPaZe8.19（7）由机械设计第八版图 10-21d 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 。MPaH01lim H502lim13 计算应力循环次数。 91 103.650821466 hjLnN9205.3.4（9）由机械设计第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数 ;90.1HNK。.02HNKee第 11 页 共 37 页（10）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由机械设计第八版式（10-12）得 MPaSKHN54069.01lim1 .2.2li2（11）许用接触应力PaHH5.31213.2.2 计算（1）试算小齿轮分度圆直径 dt1= = =40321tHEtdKTZ32486.0.634106.79.10738.29.56mm（2）计算圆周速度 v0smnt /78.3165.49106（3）计算齿宽及模数1cos49.5tntdmz= =2mmtnt121cs6.2497.06h=2.25 2.25 2=4.5mmt49.56/4.5=11.01hb（4）计算纵向重合度0.318 1 24 tan =20.73tan318.0zd4（5）计算载荷系数 K。已知使用系数 根据 v= 7.6 m/s,7 级精度，由机械设计第八版图 10-8,A查得动载系数 ;.v由机械设计第八版表 10-4 查得 的值与齿轮的相同，故H ;42.1KH由机械设计第八版图 10-13 查得 35.1fK由机械设计第八版表 10-3 查得 .故载荷系数41 1.11 1.4 1.42=2.2HVAK（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a）得1231Kdtt m1.537.56.49.1256.493（7）计算模数zmn1cos2.4024cos.3.3 按齿根弯曲强度设计由式（10-17 ） 321cosFSadn YzTK3.3.1 确定计算参数（1）计算载荷系数。=2.09fVAK35.14.（2）根据纵向重合度 ，从机械设计 第八版图 10-28 查得螺旋90角影响系数 8.0Y（3）计算当量齿数。 37.2691.04214cos33311 zV 5.793322v（4）查齿形系数。由表 10-5 查得 18.2;5.1YFaFa（5）查取应力校正系数。由机械设计第八版表 10-5 查得 79.1;6.21SaSa（6）由机械设计第八版图 10-24c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲强度极限 ；MPaFE01MPFE3802（7）由机械设计第八版图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 ，85.01KFN；8.2KN（8）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数 S 1.4,由机械设计第八版式（10-12）得ee第 13 页 共 37 页MPaaSFPFENK86.234.1805752211 （9）计算大、小齿轮的 并加以比较。YSa136.057.391FYSa=Sa2 42.8.由此可知大齿轮的数值大。3.3.2 设计计算 mmmmn 59.108.4342.01642.65.1*80.6102 323224 97)(cos 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 100.677mm 来计算应有的齿数。于是由73.6214cos.5cos1dzn取 ，则 取 271 81.0.2z;092z3.4 几何尺寸计算3.4.1 计算中心距a= mmzn 2.14097.3614cos2)07(cos21 将中以距圆整为 141mm.143.4.2 按圆整后的中心距修正螺旋角 06.1497.arcos2.140)97(arcos2)(arcos1mzn因 值改变不多，故参数 、 、 等不必修正。kZH3.4.3 计算大、小齿轮的分度圆直径 mmzdn2497.0184cos5.221 a5.32513.4.4 计算齿轮宽度 mbd567.1圆整后取 .B1;2低速级取 m=3; ;30z由 8.23412i取4.6874zmzd21879043a5.73bd9013圆整后取 mB5,34ee第 15 页 共 37 页表 1 高速级齿轮：计 算 公 式名 称代号小齿轮 大齿轮模数 m 2 2压力角 20 20分度圆直径d =2 27=54zm1=2 109=218zdm2齿顶高 ha 12haa齿根高 f )()(1 cff齿全高 h a*2齿顶圆直径 da*1()aamzmhzdaa)2(*2表 2 低速级齿轮：计 算 公 式名 称代号小齿轮 大齿轮模数 m 3 3压力角 20 20分度圆直径d =3 27=54zm1=2 109=218zdm2齿顶高 ha 21aah齿根高 f )()(1 cff齿全高 h a*2齿顶圆直径 da*1()aamzmhzdaa)2(*2164. 轴的设计4.1 低速轴4.1.1 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 mNrkWnpTi 842.735906.12590in/.8.369.7.0133123321024.1.2 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 mmzd4014NNFTtantrt 90814ta3621367.9362costcos8.735243圆周力 ,径向力 及轴向力 的t rFa4.1.3 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 15-3,取 ,于是得120Amnpd64.70.76.593330min 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:TKAca3 3.1KAmNmNTAca 6.954735842.13按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件,查标准 GB/T 5014-2003 或手册,caee第 17 页 共 37 页选用 LX4 型弹性柱销联轴器,其公称转矩为 2500000 .半联轴器的孔径mN,故取 ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔md51md5021长度 .L844.1.4 轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案图 4-1（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,1-2 轴;84,501212mld段右端需制出一轴肩,故取 2-3 段的直径 ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取d623挡圈直径 D=65mm.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 1-2 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 d D T=65mm 140mm 36mm，故 ；而 。md65743l82,5.465653）取安装齿轮处的轴段 4-5 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ml854，故取 h=6mm ，则轴环处的直径 。轴环宽度 ，dh07. md8265 hb4.1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18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 l=30mm，故取 ml57.4032低速轴的相关参数：表 4-1功率 p3 kW69.转速 nmin/7125r转矩 T3 N84.31-2 段轴长 l21 84mm1-2 段直径 d50mm2-3 段轴长 l32 40.57mm2-3 段直径 62mm3-4 段轴长 43 49.5mm3-4 段直径 d65mm4-5 段轴长 l54 85mm4-5 段直径 70mm5-6 段轴长 l65 60.5mm5-6 段直径 d82mm6-7 段轴长 76 54.5mm6-7 段直径 65mm（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d54b*h=20mm 12mm，键槽用键槽铣刀加工，长为 L=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，67nH选用平键为 14mm 9mm 70mm，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。4.2 中间轴4.2.1 求输出轴上的功率 转速 和转矩p2n2T2ee第 19 页 共 37 页mNrr kWnpTi 6.23.10950in/.mi/3.41610.97.05212223204.2.2 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： mmzd140353NNFTtantrt 35214ta214297.063cos0t376cos5.23（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为： mmzd932 NNFTtantrt 1234ta954957.06cos0t13cos216.24.2.3 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 15-3,取,于是得：120Amnpd6.3027.12.3601332min 轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径 。d1220图 4-24.2.4 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 d D*T=35mm 72mm 18.25mm，故， ；6521l8.165（2）取安装低速级小齿轮处的轴段 2-3 段的直径 ；齿md4532l8.291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l90轴肩定位，轴肩高度 ，故取 h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度 ，dh07. hb4.取 。ml1243（3）取安装高速级大齿轮的轴段 4-5 段的直径 齿轮的右端与右端轴;45m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 。l5144.2.5 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d54b*h=22mm 14mm。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 14mm 9mm 70mm，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 4-2功率 p2 10.10kw转速 n362.2r/min转矩 T2 263.6 mN1-2 段轴长 l1 29.3mmee第 21 页 共 37 页1-2 段直径 d21 25mm2-3 段轴长 l3 90mm2-3 段直径 2 45mm3-4 段轴长 43 12mm3-4 段直径 d 57mm4-5 段轴长 l54 51mm4-5 段直径 45mm4.3 高速轴4.3.1 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 mNrkWnpTmd 09.6814.950i/146.1114.3.2 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 mzd72431 NNFTtantrt 95.4702.38194tan38.196.cos20tcos38.190.6821 4.3.3 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 15-3,取,于是得：120A22mnpAd 54.21.094.12*13.721460.23310min 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:TKAca1 3.1KAmNTAca 85768093.1按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件,查标准 GB/T 5014-2003 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 L=82mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度md0121.L824.4 轴的结构设计4.4.1 拟定轴上零件的装配方案图 4-34.4.2 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,1-2 轴段右端需制出一轴肩 ,故取 2-3 段的直径 ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径 D=45mm .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 d*D*T=45mm*85mm*20.75mm，故；而 ， mm。md457643l75.687 75.314l3）取安装齿轮处的轴段 4-5 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 62.29mm。4）轴承端盖的总宽度为 20