毕业设计（论文）-精密蜗杆数控磨削工艺研究.doc

e题目精密蜗杆数控磨削工艺研究学生姓名ee学号ee所在学院机械工程学院 专业班级ee指导教师侯红玲 完点成地校内2009年6月15日Iee精密蜗杆数控磨削工艺研究姓名：ee（ee）指导老师:ee摘要：现代工业产品对蜗杆蜗轮副在承载能力、传动效率和传动精度等方面提出 了更高的要求。为满足这些要求，一方面是采用机械性能更好的材料和必要的热处理， 另一方面是提高加工精度，如采用磨削加工来提高蜗杆螺旋面的形状精度和降低表面粗 糙度值。因此蜗杆磨削的设计和研究有着重要的实际意义。本文主要研究蜗杆的精密加 工方法，以及提高加工精度的各种措施。了解国内外各种蜗杆的精密成型过程，设计蜗 杆磨削时的工装以及蜗杆加工工序过程。论文首先在学习蜗杆的加工原理基础上，讲述 了蜗杆的传动，加工原理，常见的加工方法。然后具体举例讲述了蜗杆的加工工艺过程 以及提高加工精度的方法，并建立了工艺卡片。之后又设计了蜗杆专用夹具。关键词：蜗杆；加工原理；工装；精密磨削Research on grinding technology of precision wormee（ee）Tutor: eeAbstract:Nowadays,worm gearing which has higher performance in bearing capacity,transmission efficiency and transmission precision is needed in modem industry products.In order to meet this demand,two measures can be taken to deal with it;one is to adopt new material with higher strength and to take heat treatment on surface,the other is to enhance the manufacture accuracy,such as to improve worm shape precision or to deduce its surface rough ness.So,worm grind,ing technology research and development has important and real meaning.Understand the domestic and foreign various precision forming process of worm, designing worm grinding of tooling and process of worm machining process. Paper firstly based on the principles of learning and worm processing, tells the story of worm transmission, processing principle, common processing method. And concrete examples about worm machining process and improve the machining accuracy of method, and established a process card. Followed by the design of a special fixture worm.Key words:Worm;The processing principle;Tooling;Precision grindingII目录I目录I1 绪论11.1 引言 11.2 课题研究的目的和意义 21.2.1 课题研究的目的 21.2.2 课题研究的意义 21.3 与本课题相关的国内外研究动态 31.3.1 典型蜗杆的发展 31.3.2 磨削加工 41.3.3 蜗杆传动的发展趋势 51.4 本课题的主要工作 51.4.1 主要问题 51.4.2 解决问题的思路与方法 62 蜗杆的加工原理及常见的加工方法72.1 蜗杆的种类 72.1.1 米制蜗杆 72.1.2 英制蜗杆 72.2 蜗杆传动 72.2.1 蜗杆传动简介 72.2.2 蜗杆传动特点 72.2.3 蜗杆传动类型 82.3 蜗杆加工原理 82.4 蜗杆加工方法 92.4.1 车削蜗杆 92.4.2 铣削蜗杆 92.4.3 磨削加工 103 蜗杆加工 113.1 蜗杆轴类零件的技术要求 113.1.1 加工精度 113.1.2 表面粗糙度 113.2 蜗杆轴类零件的材料和毛坯 113.2.1 蜗杆轴类零件的材料 113.2.2 蜗杆轴类零件的毛坯 123.3 蜗杆轴加工的工艺路线 133.3.1 基本加工路线 133.3.2 典型加工工艺路线 133.4 蜗杆轴的加工工艺过程 143.4.1 外圆表面的加工方法和加工精度 143.4.2 外圆表面的车削加工 143.4.3 外圆表面的磨削加工 163.4.4 外圆表面的光整加工 173.5 蜗杆轴的加工总结 194 专用夹具的基本要求和设计步骤 214.1 对专用夹具的基本要求 214.2 专用夹具设计步骤 214.3 夹具体的设计 224.3.1 对夹具体的要求 224.3.2 夹具体毛坯的类型 234.4 磨床夹具设计 235 磨削研究 265.1 磨削加工简介 265.1.1 磨削加工的优点 265.1.2 磨削加工的缺点 265.2 阿基米德蜗杆的磨削加工 275.2.1 阿基米德蜗杆齿形磨削存在的问题 275.2.2 阿基米德蜗杆齿形的磨削方法 275.3 阿基米德蜗杆磨削总结 28致谢 29参考文献 30IIIII1 绪论1.1 引言蜗杆传动是传递空间交错轴之间运动和转矩的一种机构，两轴线之间的夹角可为任 意值，但最常用的是两轴在空间互相垂直，轴交角为 90。按蜗杆分度曲面的形状不同， 蜗杆传动可分为：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。圆柱蜗杆传动又可分为： 普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动，其中普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车床上用直 线刀刃的车刀车制而成的(ZK 型蜗杆除外)。根据车刀安装位置的不同，所加工出的蜗杆 齿面在不同截面中的齿廓曲线也不同。根据不同的齿廓曲线，普通圆柱蜗杆可分为：阿 基米德圆柱蜗杆(ZA 蜗杆)、法向直廓圆柱蜗杆(ZN 蜗杆)、渐开线圆柱蜗杆(ZI 蜗杆)和 锥面包络圆柱蜗杆(ZK 蜗杆)等四种。图 1.1 阿基米德蜗杆阿基米德蜗杆(ZA 蜗杆) 这种蜗杆，在垂直于蜗杆轴线的平面(即端面)上，齿廓为 阿基米德螺旋线(图阿基米德蜗杆)，在包含轴线的平面上的齿廓(即轴向齿廓)为直线， 其齿形角0=20。它可在车床上用直线刀刃的单刀(当导程角3时)或双刀(当3时)车削加工。安装刀具时，切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线，如图阿基米德蜗 杆所示。这种蜗杆磨削困难，当导程角较大时加工不便，蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成 的用于传递交错轴之间的运动和动力，通常两轴交错角为 90。在一般蜗杆传动中，都 是以蜗杆为主动件。第 32 页 共 30 页图 1.2 渐开线蜗杆渐开线蜗杆（ZI 蜗杆） 齿面为渐开螺旋面的圆柱蜗杆，其端面齿廓是渐开线。此 蜗杆端面为渐开线，相当于一个少齿数（齿数等于蜗杆头数）、大螺旋角的渐开线圆柱 斜齿轮，ZI 蜗杆可用两把直线刀刃的车刀在车床上车削加工。刀刃顶面应与基圆柱相 切，其中一把刀具高于蜗杆轴线，另一把刀具则低于蜗杆轴线。刀具的齿形角应等于蜗 杆的基圆柱螺旋角。这种蜗杆可以再专用机床上磨削。图 1.3 法向直廓蜗杆法向直廓蜗杆(ZN 蜗杆) 这种蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线，法面(N-N)齿廓为直 线。ZN 蜗杆也是用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工。1.2 课题研究的目的和意义1.2.1 课题研究的目的本研究课题为“精密蜗杆数控磨削工艺研究”。 主要研究蜗杆的加工方法，以及 提高加工精度的各种措施。1.2.2 课题研究的意义现代工业产品对蜗杆蜗轮副在承载能力、传动效率和传动精度等方面提出了更高的 要求。为满足这些要求，一方面是采用综合机械性能更好的材料和必要的热处理，另一 方面是提高制造精度，如采用磨削加工来提高蜗杆螺旋面的形状精度和降低表面粗糙度值。因此蜗杆磨削的设计和研究有着重要的实际意义。 制造业是国民经济的主体，社会财富的 6080来自于制造业。在经济全球化的格局下，国际市场竞争异常激烈，中国制造业已向世界制造业基地转变。 随着我国制 造业的发展，齿轮对原动机与工作机之间动力的传递转换越加清晰。齿轮中的蜗轮蜗杆 对其传递与转换的作用也是别的齿轮无法代替的。其对空间中相互成 90的传动及大的 传动比，平稳的机械性能都让其在机械领域噪声大作。蜗轮蜗杆传动是机械传动的基础件，是用来传递空间交错轴的运动和动力的运动机 构，属于齿轮传动的范畴，其传动平稳，振动、冲击、噪声均很小，传动速比大，应用 广泛，是机械传动的一种主要形式，它具有传动比范围宽(通常一级传动比即可达 5 一 100)、结构紧凑、体积小、 运动平稳、噪声低等优点。此外，在运动传动中，它具有 对传动系统上游误差缩敛作用，因而除被广泛应用于作动力传动外，一直是机床及精密 仪器精密圆分度机构的首选部件，所以国内外许多机械韦糙厂和使用单位都非常重视对 其的研究应用和发展。现代工业产品对蜗杆蜗轮副在承载能力、传动效率和传动精度等方面提出了更高的 要求。为满足这些要求，一方面是采用机械性能更好的材料和必要的热处理，另一方面 是提高加工精度，如采用磨削加工来提高蜗杆螺旋面的形状精度和降低表面粗糙度值。所以，对其的工艺设计将至关重要。1.3 与本课题相关的国内外研究动态1.3.1 典型蜗杆的发展蜗杆传动最早的研究应是古希腊学者阿基米德，据亚历山大时代的 Pappus 与 Hieron 的记载，当时出现了一个蜗轮与九个齿轮的省力装置，使得人们可以用 130 公斤 的力量举起 26 吨的重物，大约放大 200 倍的效能。根据 Pappus 的记载，阿基米德曾经 利用前述装置，以仅仅少数奴隶就将一艘大战舰推入海中，并引起当时社会巨大的回响。 理解各种省力装置的巨大效能之后，难怪阿基米德会说：只要给我一个适合的支点，我 可以搬动整个大地。另外，前述的 Hieron 和 Vitruvius 曾在自己的著作中提及以蜗轮作为测量距离的 量程机构，可见在当时齿轮传动的准确性已为人所熟知。中世纪(文艺复兴)的时候，齿轮逐渐和时钟结下了密不可分的关系，主要是因为教 堂仪式的进行需要较为精确的时间，故为了宗教权威所需，促进了机械与天文学科的进 步；当时达芬奇曾发明以水力驱动，并透过数套蜗轮与螺杆获得充分减速的铁棒压延机， 同时还发明了类似现代鼓形蜗轮“Hind ley worm”的齿轮。就这样，经过中世纪文艺复兴初期对齿轮与机械机构的不断构思，到了 17 世纪的 时候，已经开始进入对齿轮技术的细部掌握，亦即开始展开对齿形理论的研究。1765 年英国人 Hind ley 首次提出弧面蜗杆传动“Hourglass Worm Gearing”；此后 经过一百多年，到 1928 年美国人做了重大改进，逐步发展到今天，成为目前世界著名 的“Cone Worm”。1922 年美国研制成被誉为威氏蜗杆“Wildhaber Worm”的平面直齿蜗杆传动；五十年代，日本人发展了此项技术，就是平面蜗杆传动“Plana Worm”。1953 年西德尼曼(Nieman)教授为蜗杆传动做出重大贡献，发明了凹圆弧齿圆柱蜗杆传动，就 是现在的“Cavex worm”。20 世纪 60 年代初我国开始引进，研制平面一次包络环面蜗杆 传动，并成功地应用于冶金、机床行业。1971 年首都钢铁公司机械厂在制造斜齿平面蜗 轮副的基础上又创造了我国第一套平面包络环面蜗轮副，1977 年命名为首钢 SG71 型蜗 杆副，获得国家发明二等奖。平面二次包络环面蜗杆传动具有承载能力大、传动效率较 高和蜗杆可以磨削等优点，现已大量应用于冶金、造船、采矿、机械、建筑、天文等行 业，受到普遍欢迎。至于法向直廓蜗杆，由于其端面上的齿廓为延伸渐开线，轴向剖面 上的齿廓为凸形曲线，齿或齿槽在法向剖面为直边齿廓。可以用砂轮端面磨削齿形。因 而能够制造啮合平稳、耐磨性好、且传动效率高的高精度蜗杆蜗轮。这种齿廓的蜗杆副， 广泛应用于各种精密机械传动的分度元件。在机床工业中，用作各种齿轮加工机床、刻 线机、分度转台等的分度蜗杆蜗轮重庆机床厂研制的 YG3780 型蜗轮母机即是法向直 廓蜗杆的一个应用典范，曾获得 1978 年的全国科学大会奖。近二十年来，蜗杆传动的 研制取得了较大的进展，出现了各种新型的蜗杆传动与变态蜗杆传动，如滚锥、指锥或 球面的二次包络环面蜗杆传动，曲率可控点接触蜗杆，超环面行星蜗杆传动等已经达到 相当的水平。尤其是利用计算机技术与图形功能参考蜗杆传动的啮合状态、齿面接触状 态进行分析，对参数进行优化等方面的研究都取得了突破性的进展。据不完全统计，目 前蜗杆传动的技术水平已达到：目前蜗杆传动参数： 蜗杆传递功率 Pl=10290kW 蜗轮输出转矩 T=2000kNm 蜗杆传递的圆周力 FI=800kN 蜗杆传动的中心距 a=2000mm 蜗杆转速 N=40000rmin 蜗杆圆周速度=69ms 蜗杆头数 ZL=13 蜗杆传动效率=0.981.3.2 磨削加工随着科学技术的迅速发展，磨削加工已广泛应用于金属及其他材料的粗、精加工， 是非常重要的切削加工方式。目前，磨削加工已经成为现代机械制造领域中实现精密与 超精密加工最有效、应用最广泛的基本工艺技术，为人们提供高精度、高质量、高度自 动化的技术装备的开发和研制。磨削加工是利用磨具上的磨料以很高的切削速度从工件表面上切去细微切屑的一 种加工工艺过程。一般情况下， 按砂轮线速度的高低将磨削分为普通磨削、高速磨削、 超高速磨削；按磨削效率将磨削分为普通磨削、高效磨削 （高速磨削、 超高速磨削、 缓进给磨削、高效深切磨削、砂带磨削、快速短行程磨削和高速重负荷磨削）。磨削加 工能达到的磨削精度在生产发展的不同时期有不同的精度范围，当前，按磨削精度将磨削分为普通磨削、精密磨削、超精密磨削。 精密和超精密磨削技术虽然在各个方面已取得了优异的成绩，已成为先进制造技术中重要的组成部分，但是随着科技的进步，在一定程度上仍然不能满足社会的需求。因 此，我们仍需在以下几个方面做进一步的研究：（1）超精密磨削理论及加工工艺，重点放在磨粒的切削过程以及影响加工精度和 加工表面完整性的因素，并研究相应的最有效的解决办法；（2）开发高精度、高性能、高自动化的磨床及测量装置；（3）进一步开发新型材料，以满足精密及超精密加工的要求并能获得更高的加工 精度。如超微粉烧结金属、超微粉陶瓷、非结晶半导体陶瓷、新型高分子材料等。1.3.3 蜗杆传动的发展趋势研究蜗杆加工的可视化和仿真理论，包括运动的仿真，数控加工的仿真等，使蜗杆 的研究可视化，是深入研究啮合理论等的基础应用工具；改善蜗杆副啮合瞬时接触线的 形状，增大齿面接触点处诱导曲率半径；在共轭齿面做出“人工油涵”，为连续充分供 油创造条件；合理选择材料及热处理方法；合理选择润滑油种类及润滑方式；考虑散热 问题等。目前，蜗杆传动的发展趋势主要表现在对改善蜗杆传动质量的途径与措施的研 究：(1) 研究蜗杆加工的可视化和仿真理论，包括运动的仿真，数控加工的仿真等，使 蜗杆的研究可视化，是深入研究啮合理论等的基础应用工具。(2) 研究砂轮修整技术及修整对加工精度的影响。(3) 改善蜗杆副啮合瞬时接触线的形状，增大齿面接触点处的诱导曲率半径。近年 出现的各种新型蜗杆传动及变态蜗杆传动，都是朝着这方面努力的结果。(4) 在共轭齿面做出“人工油涵”，为连续充分供油创造条件，使共轭齿面具备形 成动压油膜的条件。(5) 重视正式使用前的低速轻载跑合工序和跑合规律的研究。(6) 其它趋势有：a 优化设计参数；b 降低蜗杆、蜗轮齿面的粗糙度：c 合理选择蜗 杆、蜗轮的材料及热处理方法；d 合理选择润滑油的种类、粘度及润滑方式：e 考虑箱 体散热及通气问题；f 采用挖窝或“声传动”等办法，除去蜗轮齿面上接触线不理想的 区域：g 采用非对偶法加工蜗轮轮齿，以控制啮合区；h 使线接触的共轭齿面变为可控 点接触的共轭齿面。1.4 本课题的主要工作1.4.1 主要问题本题主要研究蜗杆的精密加工方法，以及提高加工精度的各种措施。设计蜗杆磨 削时的工装，建立蜗杆加工工艺卡片。1.4.2 解决问题的思路与方法首先在深入学习蜗杆的加工原理及常见的加工方法的基础上，研究蜗杆的磨削加工 工艺，根据已知的蜗杆，画出蜗杆的零件图，设计蜗杆磨削时的工装，并建立工艺卡片， 最后建立实体模型。2.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：；工作机所需功率为：；传动装置的总效率为：；传动滚筒 滚动轴承效率 闭式齿轮传动效率 联轴器效率 代入数值得：所需电动机功率为：略大于 即可。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1.分配传动比（1）总传动比(2)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则低速级的传动比2.1.4 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 2.2.2高速轴2.2.3中间轴2.2.4低速轴2.2.5滚筒轴3.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5初选螺旋角。初选螺旋角3.2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3.2.1确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数1。（2）由机械设计第八版图10-30选取区域系数。（3）由机械设计第八版图10-26查得，则。（4）计算小齿轮传递的转矩。（5）由机械设计第八版表10-7 选取齿宽系数（6）由机械设计第八版表10-6查得材料的弹性影响系数（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 。13计算应力循环次数。（9）由机械设计第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数; 。（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（11）许用接触应力3.2.2计算（1）试算小齿轮分度圆直径=49.56mm（2）计算圆周速度（3）计算齿宽及模数 =2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01（4）计算纵向重合度0.318124tan=20.73（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查得动载系数由机械设计第八版表10-4查得的值与齿轮的相同，故由机械设计第八版图 10-13查得由机械设计第八版表10-3查得.故载荷系数11.111.41.42=2.2（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a）得（7）计算模数 3.3按齿根弯曲强度设计由式（10-17）3.3.1确定计算参数（1）计算载荷系数。 =2.09（2）根据纵向重合度 ，从机械设计第八版图10-28查得螺旋角影响系数（3）计算当量齿数。（4）查齿形系数。由表10-5查得（5）查取应力校正系数。由机械设计第八版表10-5查得（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 ；（7）由机械设计第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ，；（8）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S1.4,由机械设计第八版式（10-12）得（9）计算大、小齿轮的 并加以比较。=由此可知大齿轮的数值大。3.3.2设计计算对比计算结果，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。于是由取 ，则 取 3.4几何尺寸计算3.4.1计算中心距a=将中以距圆整为141mm.3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正。3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径3.4.4计算齿轮宽度圆整后取.低速级取m=3;由 取圆整后取表 1高速级齿轮：名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m22压力角2020分度圆直径d=227=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径表 2低速级齿轮：名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m33压力角2020分度圆直径d=327=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径4.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 若取每级齿轮的传动的效率,则4.1.2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圆周力 ,径向力 及轴向力 的4.1.3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: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,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 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.1.4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=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.2)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 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313。其尺寸为dDT=65mm140mm36mm，故 ；而。3）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 ，故取h=6mm ，则轴环处的直径 。轴环宽度 ，取。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l=30mm，故取 低速轴的相关参数：表4-1功率转速转矩1-2段轴长84mm1-2段直径50mm2-3段轴长40.57mm2-3段直径62mm3-4段轴长49.5mm3-4段直径65mm4-5段轴长85mm4-5段直径70mm5-6段轴长60.5mm5-6段直径82mm6-7段轴长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b*h=20mm12mm，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，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。4.2中间轴4.2.1求输出轴上的功率转速和转矩4.2.2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：（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为：4.2.3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：轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径。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 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为dD*T=35mm72mm18.25mm，故，；（2）取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径 ；齿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 。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度，取。（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。 4.2.5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b*h=22mm14mm。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4-2功率10.10kw转速362.2r/min转矩263.61-2段轴长29.3mm1-2段直径25mm2-3段轴长90mm2-3段直径45mm3-4段轴长12mm3-4段直径57mm4-5段轴长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若取每级齿轮的传动的效率,则4.3.2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：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: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,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.4.4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 而不压在轴的端面上,故 段的长度应比 略短一些,现取.2)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 、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。3）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l=30mm，故取。 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b*h=14mm*9mm ，键槽用键槽铣刀加工，长为L=45mm,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。高速轴的参数：表4-3功率10.41kw转速1460r/min转矩1-2段轴长80mm1-2段直径30mm2-3段轴长45.81mm2-3段直径42mm3-4段轴长45mm3-4段直径31.75mm4-5段轴长99.5mm4-5段直径48.86mm5-6段轴长61mm5-6段直径62.29mm6-7段轴长26.75mm6-7段直径45mm5.齿轮的参数化建模5.1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5-1所示。图5-1“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5-2所示，最后单击”确定“按钮，进入三维实体建模环境。图5-2“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5-4所示，完成齿轮参数添加后，单击“确定”按钮，关闭对话框。图5-3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5-4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5-5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、修改的结果如图5-6所示。 图5-4草绘同心圆 图5-5“关系”对话框 图5-6修改同心圆尺寸 图5-7“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5-7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5-8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5-9所示。然后在记事本窗中选取“文件” “保存”选项保存设置。图5-8“菜单管理器”对话框 图5-9添加渐开线方程4选择图5-11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5-10所示。曲 线1曲 线 2图5-11基准点参照曲线的选择 图5-10“基准点”对话框5如图5-12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6-13所示。图5-12“基准轴”对话框 图5-13基准轴A_16如图5-13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5-14所示。5 5-15基准平面对话框 5-15基准平面DTM17如图5-16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5-17所示。图5-16“基准平面”对话框 图5-17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5-18所示。图5-18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5-19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5-20所示。图5-19草绘的图形 5-20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5-21所示的二维图形。图 5-21 草绘曲线图 5-22显示倒角半径3打开“关系”对话框，如图5-22所示，圆角半径尺寸显示为“sd0”，在对话框中输入如图5-23所示的关系式。图5-23“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5-24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5-25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“asin(2*b*tan(beta/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5-26所示的另一端齿廓曲线。图5-26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5-27所示的二维草图，在工具栏内单击按钮完成草绘的绘制。图5-27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5-28所示。图5-28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5-29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6-30所示。图5-29 “扫描混合”操作面板 图5-30“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5-30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5-31示。扫描引线图5-31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5-32所示。图5-32“剖面”上滑面板 图5-33 选取截面6在绘图区单击选取“扫描混合”截面，如图5-33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，完成后的特征如图5-34所示。图5-34完成后的轮齿特征 图5-35“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5-35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5-36 旋转角度设置 图5-37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6-36所示。最后单击按钮，完成轮齿的复制，生成如图6-37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6-38所示。图5-38 “阵列”操控面板图5-39 完成后的轮齿 图5-40齿轮的最终结构4在“阵列”操控面板内选择“轴”阵列，在绘图区单击选取齿根园的中心轴作为阵列参照，输入阵列数为“88”偏移角度为“360/z”。在“阵列”操控面板内单击按钮，完成阵列特征的创建，如图5-39所示。5最后“拉伸”、“阵列”轮齿的结构，如图5-40所示致谢本论文是在ee老师的悉心指导下完成的。