基于PROE5.0的角磨机结构设计及装配工艺编制
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角磨机
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本课题是角磨机设计。利用PROE5.0三维设计软件，综合运用所学的基本理论、基木知识和相关的机械设计专业知识，完成角磨机外观工业设计及内部零件的结构设计。主要内容包括角磨机主体元件的确定、运用
Pro/Engineer对产品进行造型、产品渲染、零件装配并按照三维结构关系编制各部件及总装件的三维可视化装配工艺卡片。 模型采用全参数化设计，含独立零组件30多个，有完整的设计说明书及三维可视化装配工艺卡片文档.欢迎下载!
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X X X X X X X X 学院 基于 PROE5.0 的角磨机 结构设计及装配工艺编制 题 目 学 院 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日 nts2 目 录 摘 要 . 4 ABSTRACT . 错误 !未定义书签。 1 绪论 . 5 1.1 机械专业传统的教学方式存在的问题 . 5 1.2 将三维技术应用到机械类专业课的教学中 . 6 1.3 设计概述 . 7 2 资料查询与市场调研 . 8 2.1资料查询 . 8 2.2市场调研 . 8 2.2.1消费者购买角磨机时考虑的事项 . 8 2.2.2 产品定位 . 9 3 角磨机总体方案设计 . 10 3.1 工作原理分析与说明 . 10 3.2角磨机总体结构设计 . 11 3.3 典型机构设计 . 11 3.3.1直流电动机 . 11 3.3.2 空间齿轮 . 13 4 齿轮设计 . 14 4.1齿轮结构设计 . 14 4.2设计说明 . 21 4.3轴承 . 22 4.4 角磨机零件建模设计 . 23 4.5 角磨机主体的设计 . 24 4.5.1 角磨机前盖的设计 . 25 4.5.2 创建后盖的设计 . 26 4.5.6 其它零件的创建 . 26 4.6 角磨机装配设计 . 28 5 总结 . 32 nts3 参考文献 . 33 致谢 . 34 nts4 基于 PROE5.0 的角磨机 结构设计及装配工艺编制 *学院 *专业 学生姓名 摘 要 本课题是角磨 机设计。利用三维软件，综合运用所学的基木理论、基木知识和相关的机械设计专业知识，完成角磨机的工业设计及特定零件的模具设计。主要内容包括角磨机主题元素的确定、运用 Pro/Engineer对产品进行造型、产品渲染、零件装配、运用 CAD结合 Pro/Engineer 绘制加工图纸、设计总结。 关键词： 角磨机，机械设计，外观设计，建模nts 5 1 绪论 计算机辅助教学是教学发展的一个焦点， Pro/E 等三维建模软件的发展以及虚拟制造技术的出现为机械类专业课教学提供了一种极好的现代化教学的工作平台 1。 电动角磨机 学名 “角向磨光机 ”，一种普遍使用的电动手持式切割研磨工具。 就是 以交流电或直流电驱动电机，驱动伞状齿轮高速运转带动砂轮高速运转，从而 利用高速旋转的 薄片砂轮 以及橡胶砂轮、 钢丝轮 等对金属构件进行磨削、切削、除锈、 磨光 加工。角磨机适合用来切割、研磨及刷磨金属与石材，作业时不可使用水。切割石材时必须使用引导板。针对配备了电子控制装置的机型，如果在此类机器上安装合适的附件，也可以进行 研磨 及 抛光作业。角磨机被广泛应用于机械制造业、建筑、家具制造等行业领域， 角磨机经实验和现场实际操作证明，具有结构合理、体积 小、重量轻、功利大、操作灵活、携带方便等优点，深受广大电力电信作业者等的欢迎。 了解角磨机工作原理、结构等可以帮助人们更好的使用；对角磨机的再设计能够更好的满足广大消费者的功能需求，同时增加了消费者使用的安全性以及舒适度。 1.1 机械专业传统 的教学方式存在的问题 （ 1） 在机械类课程的教学中，经常需要实物模型帮助学生理解教学内容，如果没有模型，仅仅依靠讲解，是很难讲清楚一个立体结构的。学生缺少对实物的感官认识也就更难理解没有模型的讲解，而传统的教学方式是利用教学实物模型，但实物模型携带不方便，而且容易损坏，不便于保管。 （ 2） 教学中存在的另一个问题是传统的教学实物模型一成不变，更新换代的速度慢，而几十年不变的教学模型已不能满足教学和科技时代不断进步的需要。时代在发展，教学内容在不断更新，当然教学模型也要跟上教学内容的更新，要想根据教学需要更改实物模型是很困难的。更换新实物模型成本又很高，而旧模型基本没有再利用的价值，造成很大的浪费。 （ 3） 传统的教学模型作运动演示和运动分析也存在很多缺陷，一是学校很难保证有一套完整的机械专业的教学模型，而且成本也较大；二是有些空间的机构内部的运动很难观察到；三是装配模型时容易损坏零件，运动容易出故障；四是运动特性的分析也很困难。 （ 4） 对于机械设计的教学，传统的教学方法是先展开平面简图的构思，形成稍微nts 6 完整的方案之后，开始绘制三维简图，完全定型后再根据需要绘制效果图、三视图或制作简易的模型。在造型设计的过程中 ，需要用样品实物模型来表达设计者的构思，但对每一种方案都制作实物样品，要付出大量的劳动，还存在着精度低、修改调整困难、设计周期长及成本费用高等问题。 1.2 将三维技术应用到机械类专业课的教学中 Pro/E 系统是美国参数技术公司（ Parametric Technology Corporation，简称 PTC)的产品。本软件采用单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念，改变了机械 CAD CAE CAM 的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械 CAD CAE CAM 领域的新标准。将现代化的 Pro/E 三维 技术应用到在机械专业课的教学中，可以解决以上传统教学存在的很多不足 2。 （ 1） 建立零件的三维模型，虚拟的模型便于现代化教学，在教学中如果应用 Pro/E的三维技术建立零件的三维模型，可以避免传统教学模型的缺点，它同样具有实物教学模型的直观、容易理解的优点，又克服了传统教具的不足，避免了携带困难的问题，还便于制作多谋体课件。 （ 2） 把教学中常用的零件、部件和标准件建立起自己的模型库，利用 Pro/E 提供的强大的基于特征的参数化实体造型功能，把教学中常用的零件、部件和标准件，利用微机的存储信息量大的特点建立 起自己的模型库，以充分利用已有的设计成果和前人的经验。 我们建立的教学模型库有如下特点： 1） 零件模型库的覆盖面广、标准新； 2） 当教学需要某一零件模型时，可直接从零件模型库中调出，不必手工绘制； 3） 零件模型从模型库中调入后可任意移动、旋转，在装配时确定准确的位置； 4） 零件模型库的操作使用简捷、方便、灵活、易学易懂； 5） 还可以用互联网实现零件模型库的资源共享，充分运用网络资源为教学服务。 （ 3） 可将各种三维零部件和机械传动在 Pro/E 内进行虚拟装配、三维动画演示和运动特性分析。 总之，把 Pro/E 的三维技术引入机械专业课的教学，彻底改变了传统的教学理念，大大改善了辅助教学环境，提高了教学效果 3。通过实践证明，我们只要认真研究和大胆尝试辅助教学这一现代化教学手段，不断地去学习、掌握这种技术，很好地将 Pro/E的三维技术应用到我们的机械专业教学中去，提高工作效率，充分利用微机多媒体辅助nts 7 教学的优越性，调动学生的积极性，就一定能有效地帮助我们达到降低教学成本，提高教学质量的目的。 1.3 设计概述 本设计主要围绕角磨机设计这个实例展开。液压角磨机作为一种重要的液压元件，其规格和型号比较繁多，传统 的开发过程繁琐、 效率低下、 绘图量大， Pro/E 作为一款高效快捷的 CAD/CAM 软件，克服了以上的不足之处，大大提高设计人员的开发速度，本文将着重就 Pro/E 的实体建模、虚拟装配、机构仿真等功能进行角磨机的设计。角磨机包含多个零部件，其设计巧妙运用 Pro/E 基于单一数据库这一特点并综合运用多种建模方法和设计方法。 设计的具体要求为： （ 1） 角磨机零件建模设计； （ 2） 角磨机装配设计； nts 8 2 资料查询与市场调研 2.1 资料查询 在确定了课题后的第一天，我们小组就角磨机的工作原理和运动简图等开始浏览并 收集资料，我们到图书馆和上网查阅了相关机械的资料，对于电磁感应产生电能的原理（即电动机工作原理）和空间齿轮机构的构成有了比较具体的的了解，也对角磨机的工作原理有了初步认识。然后对角磨机进行拆卸，对各部进行数据测量并记录相关数据，对角磨机的结构有更深的了解。 研究对象 此次我们小组研究的角磨机是日本日立电动角磨机 G10SF3 560W，主要参数如下 砂轮外径： 100 公厘（ 4 英寸） 孔径： 16 公厘（ 5/8 英寸） 主轴螺纹： M101.5 输入功率： 560 瓦 空载转速： 12,000/分钟 最大输出功率： 640 瓦 全长： 254 公厘（ 10 英寸） 重量： 1.4 公斤（ 3.1 磅） 最大输出功率： 640W 2.2 市场调研 2.2.1 消费者购买角磨机时考虑的事项 （一）个人爱好和财力 ，以及角磨机的用途。 （二）角磨机的质量、价格和维修等因素，其中进口机的质量明显优于国产机，并且使用寿命较长，而国产机的价格及维修费用低于进口机。 nts 9 （三）塑料外壳的表面光洁度（包括附件光洁度），模具开得好坏（塑料机壳和附件棱角是否清晰、美观、整齐）。 （四）角磨机稳定性的强弱。 （五）功能是否齐全，看功率大小。要考虑其工作使的震动大小 以及发出的噪声大小。 （六）了解价格。角磨机价格属市场调节价、可上下浮动；因各店进货渠道不同，进价不一，更会出现售价不一，甚至高、低悬殊的现象。 2.2.2 产品定位 下面是市场上比较畅销的几款角磨机的对比分析 产品类型 图片 重要参数及特点 博世 Bosch角磨机 GWS7-125 输入功率： 1,200瓦 空载转速： 8,500/分钟 全长： 391 公厘（ 1513/32 英寸） 重量： 2.7 公斤（ 5.9磅） 内部结构创新、突破寿命瓶颈 1.高效马达冷却系统 2.全机身严密防尘保护 3.世界最细握柄 日 立 180mm 730W 角 磨 机 G18SS 砂轮外径 180 公厘（ 7 英寸） 空载转速： 8,500/分钟 最大输出功率：3150 瓦 全长： 463 公厘（ 18-7/32 英寸 重量： 4.3 公斤（ 9.5磅） 1.1900W 大功率输入 2.高性价比产品定位 nts 10 3.120%高过载力设计 百雷仕 砂轮外径 230mm 空载转速： 6,000/分钟 输入功率： 1800 瓦 全长： 530 公厘重量： 3.9 公斤（ 9.5磅） 牧田电动角磨机 GA5030 砂轮外径 125 公厘 空载转速： 11， 000/分钟 最大输出功率：3150 瓦 全长： 266 公厘 重量： ,1.4 公斤 该产品在定位上不仅注意其功率、转速、重量、体积等各方面等功能因素，还要注意其外观的体现及形式美的要素，使人们在笨重枯燥的工作中更感觉轻松自如。 3 角磨机总体方案设计 3.1 工作原理分析与说明 1、工作原理图、运动简图 工作原理图 nts 11 角磨机运动简图 2、 工作原理分析、说明 角磨机 就是利用高速旋转的薄片砂轮以及橡胶砂轮、钢丝轮等对金属构件进行磨削、切削、除锈、磨光加工。通过电磁感应产生电能 ，带动轴承转动，通过空间齿轮结构将水平传动转变为竖直传动，从而带动薄片砂轮或橡胶砂轮，钢丝轮等高速旋转。 3.2 角磨机总体结构设计 角磨机总体分为以下几个方面： 1）、外壳包装及操作按钮 2）、转子组件和定子组件及轴承 3）、空间齿轮机构及砂轮轴 由于角磨机工作频率较高，会产生震动 ,所以在各零件连接之间都要做好防震措施，在螺丝连接处要多加垫圈，外壳多采用塑料，角磨机的尾部外壳要留出出风孔，防止角磨机工作散热不及时导致原件损坏。 3.3 典型机构设计 3.3.1 直流电动机 直流电动机分为两部分： 1）转子组 件 2）定子组件 转子组件和定子组件的尺寸一定要相符合，两者之间的间隙要合适，该间隙称为气隙。 定子部分包括机座、主磁极、换向极、端盖、电刷等装置； 转自部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等部件 nts 12 转子 (电枢 )： 直流电动机的转子又称电枢，它是产生感应电动势、电流、电磁转矩而实现能量转换的部件。 1) 电枢铁心 电枢铁心是直流电动机主磁路的一部分，在铁心槽中嵌放电枢绕组。电枢铁心一般采用硅钢片叠压而成。 2) 电枢绕组 电枢绕组的作用是通过电流产生感应电动势和电磁转矩实现能量转换。 3) 换 向器 换向器的作用是将电枢中的交流电动势和电流转换成电刷间的直流电动势和电流，从而保证所有导体上产生的转矩方向一致。 4) 转轴 转轴作用是用来传递转矩。为了使电机能可靠地运行，转轴一般用合金钢锻压加工而成。 5) 风扇 风扇用来降低运行中电机的温升 直流电动机的工作原理 直流电动机的工作原理如下： 如下上 图所示为最简单的直流电动机的原理图。其换向器是由二片互相绝缘的半圆铜环（换向片）构成的，每一换向片都与相应的电枢绕组连接，与电枢绕组同轴旋转，并与电刷 A、 B相接触。若电刷 A是正电位， B是负电位，那么在 N极范围内的转子绕组ab中的电流从 a流向 b，在 S极范围内的转子绕组 cd中的电流从 c流向 d。转子载流导体在磁埸中要受到电磁力的作用，根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，如图中 ab 边受力方向是向左，而 cd则向右。由于磁场是对称的，导体中流过的又是相同的电流，所以 ab边和 cd边所受的电磁力的大小相 等。这样转子线圈上受到的电磁力 f的作用而按逆时针方向旋转。当线圈转到磁极的中性面时，线圈中的电流为零。因此，电磁力也等于零。但由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半圈之后，虽然 ab 与 cd 的位置调换了， ab 转到 S 极范围内， cd 转到 N 极范围内，但是由于电刷和换向片的作用，转到 N极下的 cd边中的电流方向也变了，是从 d流向 c，在 S极下的ab边中的电流，则从 b流向 a。因此，电磁力 f的方向仍然不变，转子线圈仍按逆时针方向转动。可见，分别在 N， S 极范围内的导体中的电流方向总是不变的。因此，线圈二边受力方向也不变。这样 线圈就可以按受力方向不停地旋转。 nts 13 3.3.2 空间齿轮 空间齿轮机构 传递两相交轴间的运动和动力 圆锥 传递两交错轴间的运动和动力 交错轴斜齿圆柱齿轮机构 蜗杆蜗轮机构 空间齿轮运动简图 nts 14 空间齿轮立体图 在设计中运用空间齿轮，主要是利用两个斜齿轮来将水平方向的旋转转化为竖直方向的旋转，旨在改变从动件的方向。此空间齿轮组采用的材质是合金，在高速的旋转中能够承受巨大的冲击力，其中一个齿轮小，若在使用中磨损，可以更换只小斜齿轮，这样易于降低成本，节约能耗。 4 齿轮 设计 4.1 齿轮结构设计 齿轮立体图 直齿圆锥齿轮传动设计 nts 15 1.齿轮得材料及热处理方法 小齿轮选用 40Cr，调质处理，齿面硬度为 260HBS。大齿轮选用 45钢，调质处理，齿面 硬度 220HBS， HBS1-HBS2=260-220=40,合适。 查得 Flim1=240Mpa, Flim2=240Mpa,SF=1.3 故 F1=FFS 1lim7.0 = 3.1 2407.0 =129Mpa F2=FFS 2lim7.0 = 3.1 1957.0 =195Mpa 粗选 8级精度 取小齿轮齿数 Z1=17，则大齿轮 Z2=17 2.673=45.441，取 Z2=46，实际传 动比 i =1746 =2.706，与要求相差不大，可用。 2.齿轮疲劳强度设计 查表，取载荷系数 K=1.1，推荐齿宽系数 R=0.25 0.3,取 R=0.3。 小齿轮上的转矩 T1=13109550 nP=33.323856.5109550 3=1.7297 105N mm 粗选 8级精度 小齿轮齿数 Z1=17 大齿轮齿数 Z2=46 （ 1） 计算分度圆锥角 1=arctan21ZZ= arctan4617=69.72 2=90 - 1=90 -69.72 =20.28 （ 2）计算当量齿数 Zv1=11cosZ =28.20cos17 =18.12 Zv2=22cosZ =72.69cos46 =132.71 （ 3）计算模数 查的 YF1=3.02, YF2=2.16 因为 11FFY=12902.3=0.023， 22FFY=19516.2=0.011 11FFY 22FFY，故将 11FFY代入计算。 mm1)5.01(421213FRRFZuYKT =1 2 9173.016 7 3.2)3.15.01(7 2 9 7.11.14223 =3.43 （ 4）计算大端模数 nts 16 m =Rmm 5.01 = 3.05.01 43.3 =4.04 查表取 m=4.5 （ 5）计算分度圆直径 d1=mZ1=4.5 17=76.50mm d2=mZ2=4.5 46=207.00mm (6)计算外锥距 R= 12 21 uZm= 1673.2172 5.4 2 =109.16mm (6)计算齿宽 b= RR=0.3 109.16=32.75mm 取 b1=b2=35mm (7)计算齿轮的圆周速度 齿宽中点处直径 dm1=d1(1- R)=76.50 (1-0.5 0.3)=65.025mm 分度圆锥角 1=69.72 2=20.28 当量齿数 Zv1=18.12 Zv2=132.71 模数 mm=3.43 大端模数 m=4.5 分度圆直径 d1=76.50mm d2=207.00mm 外锥距 R=109.16mm 齿宽 b1=b2=35mm 则圆周速度 v =100060 11ndm =1 0 006033.323025.65 =1.10m/s 由表可知，选择 8级精度合适。 3.验算轮齿弯曲疲劳强度 F1=12112 Zbm YKT F = 175.435 02.3107 2 9 7.11.12 2 5 =95.38Mpa F1=129Mpa, F1 F1，故安全。 1.低速轴的设计 （ 1）确定轴上零件的定位和固定方式 (如图 ) nts 17 (2)按扭转强度估算轴的最小直径 dmin 30 nPA 查表取 A0=105，于是得 dmin 333.323856.5105 =27.57mm (3)确定轴各段直径和长度 1左起第一段，由于安装带轮，属于基孔制配合，因开有键槽，增大 7%并圆整，取轴径 35mm，长度 87mm，为了便于安装，轴端进行 2 45倒角。 2左起第二段直径取 42mm。根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，则取第二段的长度 34mm。 3左起第三段，该段装有滚动轴承，选用圆锥滚子轴承， 取轴径 45mm，长度为 39mm。 4左起第四段，仅为轴段的过渡 ,其直径略小于第三段轴，取 42mm，长 度取 50mm。 齿轮的圆周速度 v =1.10m/s 8级精度合适 轮齿弯曲疲劳强度 F1 F1，安全 估算轴的最小直径 dmin=27.57mm 5左起第五段为滚动轴承段，则此段的直径为 45mm。由于还装有挡油环，长度取 52mm。 6左起第六段，对轴承右端进行定位，取轴径 53mm。长度取 8mm。 2.输出轴的设计 （ 1）确定轴上零件的定位和固定方式 (如图 ) (2)按扭转强度估算轴的最小直径 nts 18 dmin 30 nPA 查表取 A0=105，于是得 dmin 396.120234.5105 =36.86mm (3)确定轴各段直径和长度 1左起第一段，由于安装联轴器，因开有键槽，轴径扩大 7%并圆整，取轴径 40mm，长度 80mm，为了便于安装，轴端进行 2 45倒角。 2左起第二段直径取 46mm。根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度，则取第二段的长度 46mm。 3左起第三段，该段装有滚动轴承，选用圆锥滚子轴承， 取轴径 50mm，长度为 46mm。 4左起第四段，对轴承起到轴肩定位作用 ,其直径大于第三段轴，取 60mm。根据整体布局，长度取 90mm。 5左起第五段安装大圆锥齿轮，根据齿轮的孔径，此段的直径取 54mm，长度取 60mm。 6左起第六段，为轴承安装段，根据轴承的尺寸，取轴径 50mm。长度取 50mm。 轴的强度校核 由于该轴为转轴，应按弯扭组合强度进行校核计算。 2.作轴的垂直面受力图（ d） 3.绘制垂直面弯矩图 （ 1）求垂直面的支反力 Rv1=32 2LdFLFar =198220786.154314317.618 =1036.81N Rv2= Rv1-Fr=1036.81-618.17=418.64N （ 2）求垂直面弯矩 MVC1= -Rv2L2=-283.76 143=-40577.68N mm MVC2= MVC1+Fa2d= -40577.68+1543.862207=119211.83N mm (3)绘制弯矩图（ e） 4.作轴水平面受力简图（ b） 5.绘制水 平弯矩图 （ 1）求支反力 RH1= RH2=2Ft =209.4522 =2261.045N （ 2）求水平弯矩 MHC=RH2L2=2261.045 143=323329.3625N mm （ 3）绘制弯矩图（ c） 6.绘制合成弯矩图 （ 1）计算合成弯矩 MB= 22HBVB MM =0 nts 19 MC1= 221 HCVC MM = 22 3 6 3 5.3 2 3 3 2 9)68.4 0 5 7 7( =325865.656N mm MC2= 222 HCVC MM = 22 3 6 3 5.3 2 3 3 2 983.1 1 9 2 1 1 =344606.062N mm (2)绘制弯矩图（ f） 7.绘制扭矩当量弯矩图（ g） 轴单向转动，扭转切应力为脉动循环变应力，取 0.6，则当量弯矩为 MT= T=0.6 172.97 1000=103782N mm 8.绘制总当量弯矩图（ h） （ 1）计算总当量弯矩 MeB= 22TB MM = 2103782 =103782N mm MeC1= 221 TC MM = 22 1 0 3 7 8 26 5 6.3 2 5 8 6 5 =103782N mm MeC2= 221 TC MM = 22 1 0 3 7 8 20 6 2.3 4 4 6 0 6 =359894.487N mm 9.校核轴的强度 轴的材料为 45 钢，调质处理， -1=60Mpa.从总当量弯矩图可以看出，截面 C 为危险截面。 截面 C为齿轮处， dC=54mm，则 bC=CeCWM 2 =3541.0478.359894 =22.856Mpa -1，轴的强度足够。 nts 20 轴的强度足够，可用 轴承的选择及校核 主动轴 32309轴承两对，从动轴 32310 轴承两对。 根据要求对从动轴上的轴承进行强度校核。 查相关手册， 32310 轴承的判断系数 e=0.35，当raFF e 时， Pr=Fr；当raFF e 时，Pr=0.4Fr+YFa,Y=1.7。轴承基本额定动载荷 Cr=168KN，轴承采用正装，要求寿命为 105120小时。 1.绘制轴承计算简图 2.计算各轴承所受总径向力 由轴的计算知： B、 D 处水平支反力 RH1= RH2=2261.045N， B、 D 处垂直面支反力Rv1=1036.81N,RV2=418.64N。 Fr1= 2121 HV RR = 22 81.1 0 3 60 4 5.2 2 6 1 =2487.43N Fr2= 222 2 HV RR = 22 64.4 1 80 4 5.2 2 6 1 =2299.47N 3.计算各轴承内部派生轴向力 FS1=eFr1=0.35 2487.43=807.60N FS2=eFr2=0.35 2299.47=804.81N 4.判断放松、压紧端 FS1+Fa=807.60+1543.86=2414.46N FS2 故，轴承 2压紧，轴承 1放松。 则 Fa1=FS1=807.60N , Fa2=FS1+Fa=2414.46N 5.计算当量动载荷 对轴承 1 11raFF =43.2487 60.870=0.3499 e, P1=Fr1=2487.43N 对轴承 2 22raFF =47.2299 46.2414=1.05 e, P2=0.4Fr2+1.7Fa2=5024.37N nts 21 因 P2 P1，故按轴承 2的当量动载荷计算寿命，即取 P=P1=5024.37N 6.轴承寿命校核计算 Lh= )(6010 6PfCfn prt = 31036)37.5 0 2 42.1 101 6 81(96.1 2 060 10 =8.99 105h 105120h 故，所选轴承符合要求。 键的选择及校核 高速轴与带轮连接选用键 A10 8 70 p=dhlT4=60835 100097.1724 =41.18MPa p=100MPa 故，该键满足强度要求。 输出轴与大齿轮连接选用键 A16 10 50 p=dhlT4=341054 10 0087.43 44 =94.74MPa p=100MPa 故，该键满足强度要求。 输出轴与联轴器连接选用键 A12 8 70 p=dhlT4=58840 10 0087.43 44 =93.72MPa p=100MPa 故，该键满足强度要求。 4.2 设计说明 此零件是连接电机与磨削部分的重要零件，电机力的传递都是通过此构件传送给磨砂轮，电机的高速运转与磨砂轮受到的阻力会使该零件收到严重损坏，接处应该有比较大的强度才能承受磨砂所产生的阻力，因此在连接处用了合金来作为连接件。 因为此构件会收到很大的力，为了防止构件与电机分离，应使构件与电机连接（即合金）的螺纹方向与电机的旋转方向相反。同理，构件与磨削部分连接处的受力方向应与旋转方向相反。 此构件上中间有一个孔，通过轴连接，使其与磨砂轮相连，中间有三个孔，不 仅节省了材料，更为角磨机的减震提供了条件，在一定程度上还是角磨机使用起来更加的轻便。 该零件与从动装置的连接是轴连接，与主动装置的连接是螺纹连接，是可分离连接。 nts 22 4.3 轴承 nts 23 深沟球轴承结构简图 电动角磨机中用的是滚动轴承中的深沟球轴承，使用此滚动轴承是因为其有吐下有点： 1 摩擦阻力小，功率消耗小，机械效率高，易起动。 2、尺寸标准化，具有互换性，便于安装拆卸，维修方便。 3、结构紧凑，重量轻，轴向尺寸更为缩小。 4、精度高，转速高，磨损小，使用寿命 长。 5、该轴承具有自动调心的性能。 6、适用于大批量生产，质量稳定可靠，生产效率高。 7、在角磨机的工作中可以承受偶纯轴向载荷很大的径向载荷，在转速很高而轴向载荷不太大时，可承受纯轴向载荷。 4.4 角磨机零件建模设计 角磨机包含 20 多个零部件，其设计巧妙运用 Pro/E 基于单一数据库这一特点并综合运用多种建模方法和设计方法 4，角磨机的最后设计结果如图 1 所示，组件分解图如图2 所示。 nts 24 图 1 角磨机三维图 4.5 角磨机主体的设计 （ 1） 新建零件文档； 单击 “新建 ”按钮打开新建对话框。在 “类型 ”中选 “零件 ”，在 “子类型 ”中选 “实体 ”，在 “名称 ”文本框中输入零件名称 “Gear_part_m”。 （ 2） 创建外部继承特征； 1） 单击 “插入 ”主菜单中选取 “共享数据 ”/“合并 /继承 ”选项，系统打开设计图标版 6； 2） 单击 “打开 ”按钮，使用浏 览的方式打开上一小节设计的角磨机骨架文件“Gear_pump”.同时系统打开 “外部合并 ”对话框，在该对话框的 “约束类型 ”下选取 “缺省 ”选项，在系统默认位置装配角磨机骨架文件； 3） 单击 “外部合并 ”中的 “确定 ”，单击 “设计板 ”上的 “确定 ”。 （ 3） 创建拉伸实体特征； 1） 单击 “拉伸 ”打开设计板，在设计板中单击 “放置 ”打开参照面板，单击其中 “定义 ”打开 “草绘 ”对话框，选择 FRONT 为草绘平面，接受其它默认设置单击 “草绘 ”进入草绘模式； 2） 在草绘平面内使用 “抓取边 ”工具绘制拉伸剖面图，然后单击 “确定 ”退 出草绘，调整方向输入拉伸深度 “25.2”，最后创建的拉伸实体如图。再次单击 “拉伸 ”按钮，选取nts 25 上一零件端面作为草绘平面，进入草绘模式； 3） 绘制如图所示草绘剖面图，调节拉伸方向，最后创建的实体特征如图所示； 4） 再次单击 “拉伸 ”，选取上一零件右侧面为草绘平面，进入草绘模式； 4.5.1 角磨机前盖的设计 角磨机左盖的设计同样以角磨机骨架作为母体零件，综合运用拉伸、孔和镜像复制等建模方法。角磨机的最后设计结果，如图 11 所示。 （ 1） 新建零件文件，输入零件名称 “leftcover”； nts 26 4.5.2 创建后盖的设计 角磨机后盖和角磨机前盖的设计相似，都是以角磨机的骨架作为母本二进行设计的。设计步骤参照左盖设计，角磨机右盖的设计结果如图 17 所示。 4.5.6 其它零件的创建 至此角磨机的主要零件以创建完成，下面还有很多装配用的小零件，其建模过程不再详细介绍。只列出其最终结果，如图 32。 包括：螺钉、外部齿轮、平键、圆垫片、螺母、压盖、圆柱销。 nts 27 a）螺钉 b）外罩 c）平键 d）圆垫片 e）螺母 f）压盖 nts 28 g）圆柱销 图 32 其它零件 至此角磨机所有零件三维建模都以完成，下一步就是装配。 4.6 角磨机装配设计 角磨机的装配综合运用到无连接接口约束和连接接口约束。在进行角磨机的装配前，设计者首先要对角磨机进行整体的分析，要弄清楚那些元件具有运动自由度，那些元件完全约束。对于具有运动自由度的元件就要根据具体要求选择合适的连接接口，反之使用无连接接口的约束进行装配即可。 （ 1） 创建组件文档，输入组件名称 “Gear_pump_model”； （ 2） 在默认位置装配角磨机主体； 单击 “添加元件 ”按钮，打开下设计板，选择缺省，以在默认位置装配主体。 （ 3） 向组件中装配销； 使用 “插入 ”“对齐 ”“对齐 ”三种约束装配销钉，使其高出端面 “8”。 （ 4） 重复装配销钉； 选中前面装配好的销钉零件，然后在 “编辑 ”中选取 “重复 ”打开 “重复元件 ”对话框。 按住 “ctrl”键，选中 “插入 ”和 “对齐 ”两种约束方式。单击添加，共装配 4 根销钉。 （ 5） 向组件中装配角磨机左盖； nts 29 使用 “匹配 ”“插入 ”“插入 ”三种约束。 （ 6） 向组件中装配轴一； 1） 单击右工具箱中的 “向组件中添加元件 ”按钮，打开角磨机文件 Gear_shaft_1； 2） 在系统打开的设计板上的 “用户定义 ”中选取 “销钉 ”连接类型； 3） 完成 “放置 ”列表，装配结果如图 33。 图 34 装配二 （ 8） 向组件中装配角磨机右盖； 1） 单击 “向组件中添加元件 ”按钮，使用浏览方式打开角磨机零件文件Gear_pump_rightcover； nts 30 2） 在系统打开的装配设计板上单击 “放置 ”按钮，然后在 “放置 ”列表的 “约束类型 ”下拉菜单中选取 “对齐 ”约束类型，然后分别选取轴 A8 和 A15 作为约束参照。新建 “对齐 ”约束选取轴 A9 和 A16 作为约束参照； 3） 新建 “匹配 ”约束类型，选取角磨机主体端面和右盖端面，输入偏距 “0”； 4） 最后完成的 “放置 ”列表如下图，最后装配结果如图 35。 图 35 装配右盖 （ 9） 在装配的元件之间 进行布尔运算； 1） 在 “编辑 ”主菜单中选取 “元件操作 ”选项打开 “元件 ”菜单，选取 “切除 ”选项； 2） 根据系统提示选取右盖为被切除元件，单击 “确定 ”，接着选取和其有相交关系的两个销作为切除参照元件； 3） 最后单击 “再生 ”，再生后转配结果如图，被切除的右盖零件会相应变化。 （ 10） 装配螺栓； 1） 单击 “向组件中添加元件 ”按钮，打开 “blot.prt”； 2） 使用 “对齐 ”约束，选取螺栓轴线和螺栓孔轴线； 3） 使用 “匹配 ”约束，选取螺栓头下端面和螺栓孔上端面。 （ 11） 重复装配螺栓； （ 12） 向组件中 装配压紧螺母； 1） 单击 “向组件中添加元件 ”按钮，打开角磨机零件文件 Pack； 2） 使用 “插入 ”和 “匹配 ”两中约束选取相应参照。 （ 13） 在元件之间进行布尔运算 同步骤 9 一样，切除压紧螺母； （ 14） 装配键； 1） 单击 “向组件中添加元件 ”按钮，打开角磨机零件文件 key； nts 31 2） 使用 “匹配 ”“匹配 ”“匹配 ”三种约束方式选取相应参照。 （ 15） 装配齿轮； 1） 单击 “向组件中添加元件 ”按钮，打开角磨机零件文件 gear； 2） 使用 “对齐 ”“匹配 ”“匹配 ”三种约束方式选取相应参照。 （ 16） 装配垫片 ； （ 17） 装配螺母； （ 18） 影藏曲线特
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