毕业设计（论文）-基于PROE的储钱罐逆向工程与雕铣加工.doc

ee基于PRO/E的储钱罐逆向工程与模拟加工eee（ee）指导老师：ee 【摘 要】本文分析比较了逆向工程中常见的几种测量方法，对一种由实物样件经三维激光扫描仪后得到的数据点云，直接生成 RPM 数模方法的数据采集方式及其原理进行了研究，提出了提高测量精度的一些措施。而且还研究了反求技术中的基于Pro/E 软件的三维实体模型重构等关键技术，为快速原型技术的前端数据处理提供手段和方法。基于 Pro/E 的逆向工程关键技术的研究，本文所做的工作有下列几个方面：1.基于Image ware软件,对点云数据进行处理，在重构曲面的基础上实现三维建模；2.建立不同数据格式之间的转换步骤,可将不同测量设备的数据格式自动转换为 Pro/E可接受的格式。【关键词】逆向工程、三维建模、数据处理、点云、曲面重构The reverse engineering of the piggy bank and simulation based on the Pro/Eee（ee）Tutor: eeAbstract： This paper analyses and discussed mostly the key techniques of RE. after summarized todays status of REs technology，analyzed some measure method of RE，and emphasized introduce the data gathering and it is theory of points data that is gained through 3D numeral digital taking pictures，and had some analyses of improve measure precision. And the paper also researched some pivotal technology，for example，data rapid gaining base pro/e software on 3D solid model design，and it afforded instrumentality and method for data disposing and products design. For study the key techniques of RE based Pro/E software，The principal research work and conclusions are listed as follows：1. Building solid modeling based Image-ware modeling software through the “points cloud” data，and achieving 3D building modeling based surface；2. Because gaining different data format by different measure device，for the data format can be accepted by Pro/E software，building a program for transform between different data.Key Word： Reverse Engineering Three-dimensional modeling Data disposing Points cloud Surface reconstruction目 录1. 概述11.1 引言11.2 逆向工程原理简介11.3 逆向工程的特点41.3.1 逆向工程研究的现状及发展趋势41.3.2 逆向工程与快速原型制造技术的结合71.3.3 研究论文的主要方法，内容及目的意义81.4 逆向建模的一般流程112. 逆向工程中的数据测量和处理132.1 非接触式数字化测量132.2 测量数据分析142.3点云数据的输出153. 曲面重构和CAD建模技术173.1 曲线拟合173.2 曲面重构的理论和方法173.4 基于pro/e 软件的建模技术214. 建立储钱罐的外形具体步骤224.1 储钱罐的外形逆向开发流程224.2 模型分析224.3 获取扫描的点云图224.4 曲面造型过程24 4.4.1 造型前的准备24 4.4.2 输入点云数据25 4.4.3点云数据处理26 4.4.4 包络处理28 4.4.5 移除腹板284 .5 重新造型314 .6 曲面实体化334 .7 实体造型335. 反求工程与快速原型制造技术相结合345.1 简介346. 结论与展望376.1 结论376.2 展望37致谢39参考文献40 411. 概述1.1 引言： 工业中的许多领域，需要创建已存在物体的计算机几何模型，由实际物体的形体来生成计算机几何模型，这项工程称反求工程，也称为逆向工程。快速原型技术(Rapid Prototyping Technology)是指基于离散堆积原理，由三维电子模型直接驱动的三维实体成形技术。反求工程与快速原型技术，简称为RE 与RP技术，目前已经得到越来越广泛的应用。国内外针对RE 和RP 技术的研究工作主要在两个方面，一是继续在已成熟的自由曲线和曲面重构理论上继续有所突破，二是在实际的测量、数据处理和重构CAD 模型上逐渐集成和完善，包括反求工程中的数据测量、数据处理、曲面重构以及快速原型的原理、分类、特点、应用等，以及RE 和RP 的集成应用等。1.2 逆向工程原理简介：工艺评估设计评估在汽车、航空等工业领域中，对复杂曲面的设计，目前CAD 软件（如Pro/E、UG、CATIA 等）还很难满足要求，仍然需要采用粘土、木头或纤维玻璃的手工模型来描述零件的复杂曲面。反求工程能够将实物模型转化为CAD 模型，实现对象数字化，从而建立起产品的数字化模型。反求工程可以简单的定义为这样一个过程：在没有工程图纸的情况下，对实际的物体模型进行测量，通过对测量信息的分析和处理来构造其CAD 模型的过程，由实际模型反求出设计模型来。传统的正向设计与制造是从图纸到零件产品，而反求工程的设计是从零件或原型到二维图纸或三维模型，再经过制造过程到零件，两者之间的比较如下:CAMCAECAD概念设计产品需求工艺评估设计评估(a)正向工程流程CAMCAECAD数字点云实物模型 （b）反向工程流程图1.1 正向工程流程和反向工程流程的比较1.1 所示，所谓反求（或逆向），是相对传统的从设计图纸（或模型）加工出实际产品来的正向过程而言的。反求工程与传统的正向设计的根本区别在于：正向设计是由抽象的较高层次概念或独立实现的设计过渡到设计的物理实现，从设计概念到 CAD 模型有一个明确的过程；而反求工程是基于一个可以获得的实物模型来构造出它的设计概念，并且可以通过对重构模型特征参数的调整和修改来达到对实物模型的逼近或修改的目的，以满足生产要求。物理模型反求工程通常从测量一个已存在的实际物体开始，这样就能生成一个曲面或实体模型，以便能充分利用 CAD/CAM 技术进行修改和重构。一旦重构出自由曲面和建立 CAD 模型后，再可进行后续操作，如零件设计、有限元分析、模型修改、误差分析、模具设计以及数控加工指令生成等。数字模型创建CAD模型分段曲面拟合预处理数据采集 创建CAD模型分段曲面拟合预处理数据采集点云数据应用反求工程软件基于计算机的设计模型图1.2 反求工程的基本阶段 图1.3 反求工程的过程三维实体重构构造实体特征曲线构造实体滤波去噪CAD造型软件（Pro/e）数据处理图1.4 反求工程的数据处理和建模反求工程由三大部分组成即三大模块：坐标点测量、数据处理和曲面模型重建。（如图 1.2、图 1.3、图 1.4 所示） 几何测量：通过合适的测量方法来获得产品的三维形状数据点云； 数据处理：处理所获得的三维数据，并使处理后的数据满足后续操作的要求； CAD 建模：必须建立一个完整的 CAD 模型，通过 CAD 模型可以描述产品的全部相关数据。反求工程的关键之处是测量数据的处理，其困难之处在于对数据处理过程中最能反映曲面特征的特征点、线、面的智能提取，以及基于散乱数据“点云”的曲面重构和曲面光顺。这也是目前各种商业 CAD 软件所力求解决的问题所在。反求工程的整个过程如图 1.5 所示。实 物 原 型 经 反 求 工 程 技 术 建 立 CAD 模 型 之 后 ， 可 进 一 步 利 用CAD/CAE/CAM 以及 CIMS 等先进技术进行处理，复制出实物的样品模型。而图 1.6 所示为反求工程技术与快速原型制造技术（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM）集成的工作流程。三维曲面重建数据预处理原型数字化实物原型产品/模具快速原型转换成STL文件生成CAD模型图1.6反求工程与快速原型集成的工作流程1.3 逆向工程的特点：1.3.1 逆向工程研究的现状及发展趋势: 研究现状及发展趋势： 逆向工程的研究已经日益引人注目，在数据处理、曲面片拟合、几何特征识别、商用专业软件和坐标测量机的研究开发上已经取得了很大的成绩。但是在实际应用当中，整个过程仍需要大量的人机交互工作，操作者的经验和素质直接影响着产品的质量，自动重建曲面的光顺性难以保证。下面一些关键技术将是逆向工程的主要发展方面：(1)数据测量方面：发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、高精度的实现产品几何形状的三维数字化，并能进行自动测量和规划路径；(2)数据的预处理方面：针对不同种类的测量数据，开发研究一种通用的数据处理软件，完善改进目前的数据处理算法；(3)曲面拟合：能够控制曲面的光顺性和能够进行光滑拼接；（4)集成技术：发展包括测量技术、模型重建技术、基于网络的协同设计和数字化制造技术等的逆向工程技术。作为一种新产品开发的主要手段，逆向工程的研究正受到广泛的重视，一些重要的国际和国内的学术会议都将逆向工程及相关技术的讨论作为一项重要的会议议题。目前逆向工程已发展为CAD/CAM系统中的一个相对独立的研究分支，其相关领域包括几何测量、图像处理、计算机视觉、几何造型和数字化制造等。除了机械领域外，三维测量、模型重建技术还用于医学、地理、考古等领域的图像处理和模型恢复。目前国外根据逆向工程已经成功开发出几种用于工业领域的反求工程系统，更多的反求工程系统也正处于研究和开发之中。Evans描述了一种用于机器零件识别的反求工程系统，该系统可以用来检测零件的尺寸和偏差，以标准的IGES格式产生3D线框模型，并可以将其输出到各种CAD系统中。但该系统只限于重构由简单平面所构成的线框模型，开发的反求工程系统是将CMM与Auto-CAD图形软件包结合起来，每一个测量点由CMM（三坐标测量机Coordinate Measuring Machining）进行数字化，程序记录有关的数据值，并将其自动地转换为IGES格式。系统具有实时可视化功能，但它仍以线框图形的形式来表达模型，不含有任何实体信息。还有些类似的反求工程系统，例如，开发的反求工程系统，用于仿制空军部门淘汰下来的旧零件，并可以用来替换模具的制造。开发的一种用于反求工程的特殊的软件系统，利用CMM进行测量，并将采集数据点和拟合功能集成在同一台计算机上，实时地控制等人开发的反求工程系统，在数据采集阶段综合运用了接触式和非接触式两种测量方式;在非接触测量阶段，可视系统摄像机首先摄入零件的图像，图像经过处理后，以ZD线框形式画出物体的轮廓边界，用于第二阶段的扫描处理，以生成NC代码;然后用这些NC代码驱动接触式扫描探头，从物体表面上获得更精确的数据点。与国外相比，国内的有关研究起步晚，经费投入少，限制了高水平研究的开展，创新性的研究成果不多。在国际学术界，还没有形成较大的影响力。由于市场的需求，近年来有关反求工程的研究和应用更加引人注目。目前，在数据处理、曲面片拟合、规则特征识别、专业商业软件和三维扫描仪的开发等方面己取得较为明显的进展。但在实际工程应用中，整个实施过程仍需进行大量的人机交互，操作者的经验和素质严重地影响着产品的质量，产品造型设计中的自动重建曲面的光顺性难以保证。RP(rapid prototyping) 技术虽然有其巨大的优越性，但是也有它的局限性，由于可成型材料有限，零件精度低，表面粗糙度高，原型零件的物理性能较差，成型机的价格较高，运行制作的成本高等，所以在一定程度上成为该技术的推广普及的瓶颈。从目前国内外RP 技术的研究和应用状况来看，快速成型技术的进一步研究和开发的方向主要表现在以下几个方面：（1）大力改善现行快速成型制作机的制作精度、可靠性和制作能力，提高生产效率，缩短制作周期。尤其是提高成型件的表面质量、力学和物理性能，为进一步进行模具加工和功能试验提供平台。（2）随着成型工艺的进步和应用的扩展，其概念逐渐从快速成型向快速制造转变，从概念模型向批量定制转变，成型设备也向概念型、生产型和专用型三个方向分化。（3）开发性能更好的快速成型材料：材料的性能既要利于原型加工，又要具有较好的后续加工性能，还要满足对强度和刚度等不同的要求。（4）提高RP 系统的加工速度和开拓并行制造的工艺方法：目前即使是最快的快速成型机也难以完成像注塑和压铸成型的快速大批量生产，将来的快速成型机需要向快速和多材料的制造系统发展,以便可以直接面向产品制造。（5）开发直写技术：直写技术对于材料单元有着精确的控制能力，开发直写技术，是快速RP技术的材料范围扩大到细胞等活性材料领域。（6）开发用于快速成型的RPM 软件：这些软件有快速高精度直接切片软件，快速造型制造和后续应用过程中的精度补偿软件，考虑快速成型原型制造和后续应用的CAD 等。（7）开发新的成型能源。目前大多数成型机都是以激光作为能源，而激光系统的价格和维修费用昂贵，并且传输效率较低：这方面也需要得到改善和发展。（8）RPM 与CAD、CAM、CAPP、CAE 以及高精度自动测量、逆向工程的集成一体化：该项技术可以大大提高新产品的第一次投入市场就十分成功的可能性，也可以快速实现反求工程。（9）研制新的快速成型方法和工艺：除了目前SLA、LOM、SLS、FDM 外，直接金属成型工艺将是以后的发展焦点。（10）提高网络化服务，进行远程控制，实现全球化异地协同合作。1.3.2 逆向工程与快速原型制造技术的结合：反求工程的应用很多，如三维实体重构，原始设计参数还原，产品性能预测，装配及工作过程仿真等。如今，快速原形制造成为反求工程的一个新的应用领域，即利用反求工程得到的实体几何模型，驱动快速原型机快速制造出与实物原型相同的零件。反求工程与快速原型制造相结合，主要表现在以下几个方面：1)利用互联网或局域网将三维实物数据方便地读入、传输，实现异地(远地)制造或虚拟制造。2) 实现快速模具制造(RT)。将快速原型制造的样件用于模具制造，可使成本和周期分别减少 1/2，显著提高生产效率。间接用快速原型样件实现快速模具制造的方法一般有硅橡胶模、金属树脂模、金属冷喷涂等。3) 快速制造出复杂物体三维模型。对于一些十分复杂的物体，如车身壳体、玩具、艺术造型等，用目前的 CAD 软件，还很难设计出十分满意的形状要求。如果运用反求技术，则可很快地将实体模型转化为 CAD 模型，然后利用快速原型系统制造出样件。4) 在医学领域，利用层析 X 射线及核磁共振等设备采集人体器官、骨骼、关节等部位的外形数据，重建三维数字化模型，然后用快速原型技术制造教学和手术参考用的模型或用于帮助制造假肢或外科镶复等，由于对具体患者采集数据并建立相应的三维模型，可以使假肢、牙科镶复及其它器官更具有针对性，更符合具体患者的需求。1.3.3 研究论文的主要方法，内容及目的意义： 研究方法：逆向工程系统主要由三部分组成：产品实物几何外形的数字化、CAD 模型重建、产品或模具制造。逆向工程中的关键技术是数据采集、数据处理和模型的重建。(1)数据采集数据采集是逆向工程的第一步，其方法的得当直接影响到是否能准确、快速、完整地获取实物的二维、三维几何数据，影响到重构的CAD 实体模型的质量，并最终影响产品的质量。(2)数据处理对于获取的一系列点数据在进行CAD 模型重建前，必须进行格式转换、噪声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等处理。(3)模型重建将处理过的测量数据导入CAD 系统，依据前面创建的曲线、曲面构建出原型的CAD 模型。快速成型技术采用离散/堆积成型原理，对三维CAD 模型进行分层，使其转换成厚度很薄的二维平面模型。通过平面模型的数控代码指导加工，再将加工出每个薄层粘结而成形。主要包括如下几个主要步骤：（1）产品CAD实体模型构建：构建方法有两种，一是可通过概念设计，设计出所需零件的计算机三维模型（数字模型,CAD模型）；二是可通过逆向工程，通过三维数字扫描仪对产品原型进行扫描，而后结合逆向工程对扫描数据进行处理。（2）三维模型的分层处理：即按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元， 通常在Z向将其按一定厚度进行离散（习惯称为分层），把原来的三维CAD模型变成一系列的层片。（3）层层制造堆积成型：根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动生成数控代码。（4）后处理：由成形系统成形一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体。 应用领域：(1)对产品外形美学有特别要求的领域，由于设计师习惯于依赖3D 实物模型对产品设计进行评估，因此产品几何外形通常不是应用CAD 软件直接设计的，而是首先制作全尺寸的木质或粘土模型，然后利用逆向工程技术重建产品数字化模型;(2)当设计需经实验才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程的方法;(3)损坏或磨损零件的还原，以便修复或重制;(4)产品的检测，例如检测分析产品的变形，检测焊接质量等，以及对加工产品与三维数字化模型之间的误差进行分析。在制造业中，逆向工程已成为消化吸收新技术和二次开发的重要途径之一。作为改进设计的一种重要手段，它有效地加快了新产品响应市场的速度。同时，逆向工程也为快速原型提供了很好的技术支持，成为制造业信息传递重要而简洁的途径之一。反求工程的需求范围很广，其主要用于以下几个方面:1.新产品开发和产品改型设计:在汽车车身的初步设计中，通常是用木模，油泥做成模型，这样易于设计师创作和修改，一旦定型，就可以采用反求工程的方法将其转化为CAD模型，然后进行放大、缩小等处理，进而将其CAD模型用于制造。当零件制成后，如果需要重新修改，可在零件修改定型后，采用反求工程技术重构其CAD模型并更新其相应的数据库。2.产品仿制:在缺乏产品工程图纸和CAD文件情况下，可利用反求工程技术重构其CAD文件，再利用此CAD文件生产同类产品。采用反求工程的产品仿制和传统产品仿制的区别在于，采用反求工程的方法可以重构出更为复杂的产品模型，而传统的仿制只能限于简单的产品外形的处理。3.质量检验:反求工程方法是由产品检验技术发展而来的，现在又反过来促进快速质量检验技术的发展。产品的实际制造外形是否达到设计标准，其误差的大小等都需要采用反求工程的工作流程加以检验。快速成型技术的应用是不断提高RP技术发展的重要因素，目前RP 技术已在工业造型、文化艺术、机械制造（汽车、摩托车）、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛的应用。并且随着这一技术本身的发展，其应用将不断拓展。 目的：在工业领域，往往会碰到根据模型或实物来构建其三维数字模型的需求。这就用到了逆向工程技术，逆向工程又称为反求工程（Reverse Engineering，简称RE），是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量即数字化采样，然后根据测量数据通过三维几何建模方法重建实物的CAD 数字模型，从而实现产品设计与制造的过程：是20世纪80年代初由美国3M公司、日本名古屋工业研究所和美国UVP公司共同提出并研制开发的技术，是将已有的实物模型或产品模型转化为工程设计的CAD模型，并在此基础上对已有的实物或者产品进行分析改造和再设计的过程。本题目以制造业为背景，以实现反求工程理论在产品开发中的实际应用为目标，对反求工程理论中的数据采集、曲面重构等关键技术进行深入的研究，并基于Pro/E软件平台，以实际零件为研究对象，实现了反求工程理论的实际应用。由于测量阶段采用设备不同，测量得到的数据有不同的特点。因此针对不同类型的数据特点，曲面重构的方法也有所不同。曲面重构是反求工程的关键技术，重建质量将直接影响后续设计分析和制造加工。针对激光扫描仪测量得到的截面测量数据，选择曲面重构方法，利用逆向工程软件与Pro /E相结合的方法,将曲线构建成曲面。为后续设计分析和制造加工做好保障。 研究意义：1.反求工程CAD建模技术是提高我国制造业产品开发能力的重要手段：在资金相对短缺、技术相对落后的情况下，赶超先进产品，提高产品的市场竞争力，迫切需要对国际上的同类先进产品进行引进、消化、吸收和改进，实现产品开发和技术创新。而反求工程技术正是实现这一需求的重要手段。反求工程对提高企业的新产品自主开发能力和产品在全球市场的竞争力具有极其重要的作用。2.反求工程CAD建模技术与模具制造技术相结合，可拓宽技术手段：缩短产品的设计开发周期，降低成本。如果在模具制造业中采用反求工程技术，在同样条件下，可使成本和周期分别减少1/2。3.反求工程CAD建模技术在工业新产品设计中有着不可替代的作用：凡包含自由曲线曲面的产品，其设计建模过程由于三视图表达上存在困难只能采用实体方式建模，这就不可避免存在反向建模过程，这种由离散点数据进行三维重构的CAD模型造型生成方式在生产实践中大量存在，制造业对此有着巨大的需求，这也促使了反求技术在制造业中的快速发展。1.4 逆向建模的一般流程:实物-3D轮廓测量-数据预处理曲面重构-模具加工其研究过程为:1.在得到样品的基础上，先对样品进行三坐标激光扫描，获取样品的三维数据“点云”;2.通过对l获得的“点云”数据进行处理(其中包括排序、滤波、简化等操作)得到与样品特征近似的数据(此过程会过滤“点云”)信息;3.利用Pro/E软件的Pro/ScnaToo1S模块对“点云”数据进行自由曲面重构和三维建模;4.通过RP系统和设备(快速成型机)获得产品的实际模型;5.将得到产品模型与实际样品进行分析和检验，判断其是否为可以接受的产品，否则将返回1重新测量和数据处理等步骤。 在整个反求.工程中，大部分物体是一种具有雕塑形状或自由形状的曲面，因此采用线框造型、曲面造型、实体造型和特征造型相结合的办法就可以对其进行三维物体的重构。实体造型采用精确的曲面实体边界;在系统中用统一的数据结构表示线框、曲面、实体模型;建立产品几何模型时兼用线、面、体三种设计手段，在统一的环境下处理线框、曲面、实体模型。几何造型采用参数化特征造型技术，在产品的功能要素层次上进行产品的建模。 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2.2 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