(AC回转)摇篮式加工中心AC回转进给轴设计

e 题 目 摇篮式加工中心 A C 回转进给轴设计 学生姓名 e 学号 e 所在学院 机械工程学院 专业班级 e 指导教师 e 完成地点 e 2009 年 5 月 30 日 摇篮式加工中心 A C 回转进给轴设计 e e 指导老师 e 摘要 五轴联动加工中心有高效率 高精度的特点 工件一次装夹就可完成五面体的加工 如配置五轴联动数控机床的高档数控系统 还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工 更能够适合越来越复杂的高档 先进模具的加工以及汽车零件 飞机结构的精密 复 杂零件的加工 目前 五轴联动数控机床系统是解决叶轮 叶片 船用螺旋桨 重型 发电机转子 汽轮机转子 大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段 本文阐述了摇篮式加工中心五轴机的特点 现状的应用及未来的重要性 并介绍了 五轴机的工作原理及关键技术 然后 确定了合理的五轴机的总体结构 分别对系统 各零部件作了设计 产生了装配图 零件图 电气原理图与设计说明书等设计文档 最后 对五轴机的 A C 回转进给轴进行了详细的分析和校核 计算表明 该 A C 回转 进给轴设计符合要求 关键词 摇篮式加工中心 工作台 五轴机 AbstractAbstract Five axis machining center with high efficiency high precision processing a workpiece fixture can be completed in five face Such as high end CNC systemfor five axis CNC machine tools can also be used for high precision machiningcomplex curved surface more suitable for more complex high grade advanced mold processing and automobile parts aircraft structure precisionmachining of complex parts At present five axis NC machine tool system is the only way to solve the impeller blade marine propeller heavy duty generator rotor turbine rotor large diesel engine crankshaft machining etc This paper describes the application characteristics the cradle type machining center five axis machine status and importance of the future and introduces the working principle and key technology of five axis machine Then the whole structure of reasonable Mazak five axis machine respectively for thecomponent systems were designed produced the assembly drawing part drawing schematic and design specifications and design documents Finally A C rotary axis of five axis machine were analysed and checked detailedcalculation shows that the A C rotary axis is designed to meet the requirements Keywords Cradle type machining center table five axis machine 目录 1 绪论 1 1 1 选题的目的和意义 1 1 2 摇篮式加工中心及五轴机研究现状及趋势 1 1 3 本课题主要研究内容 2 1 4 毕业进程安排 2 2 A 轴的电机的选择与计算 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 1 伺服电机的原理 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 2 伺服电机的选择 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 2 1 电机型号的选择 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 3 涡轮与蜗杆的选用及校核 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 3 1 选择蜗杆传动类型 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 3 2 选择材料 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 4 按齿面接触疲劳强度计算 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 5 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 6 校核齿根弯曲疲劳强度 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 7 验算效率 错误 未定义书签 错误 未定义书签 2 8 精度等级公差和表面粗糙度的确定 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 C 轴回转工作台的传动设计及其校核计算 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 1 电机的选择 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 2 伺服驱动器 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 2 1 编码器 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 3 转台轴承的选取 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 3 1 转台轴承类型 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 3 2 计算轴承动负荷 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 4 轴的设计及计算 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 4 1 选择轴的材料 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 4 2 初步选择轴端直径 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 5 轴的结构设计 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 6 初估轴的最小直径 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 7 初选轴承 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 8 结构设计 参见结构简图 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 9 低俗轴设计 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 9 1 轴的材料及热处理选择 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 9 3 初选轴承 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 9 4 结构设计 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 9 轴的强度校核 错误 未定义书签 错误 未定义书签 4 轴承的选择 错误 未定义书签 错误 未定义书签 4 2 轴承的分类 错误 未定义书签 错误 未定义书签 4 3 计算轴承的当量动载荷 F 错误 未定义书签 错误 未定义书签 4 4 轴承类型的选择 错误 未定义书签 错误 未定义书签 4 5 轴承的内径 错误 未定义书签 错误 未定义书签 5 联轴器的选择 错误 未定义书签 错误 未定义书签 5 1 联轴器类型的选择 错误 未定义书签 错误 未定义书签 5 2 联轴器的载荷计算 错误 未定义书签 错误 未定义书签 5 3 弹性联轴器的型号选择 错误 未定义书签 错误 未定义书签 5 4 定位夹紧结构设计 错误 未定义书签 错误 未定义书签 5 5 结构说明 错误 未定义书签 错误 未定义书签 5 5 1 原理说明 错误 未定义书签 错误 未定义书签 6 结论 错误 未定义书签 错误 未定义书签 致谢 错误 未定义书签 错误 未定义书签 参考文献 错误 未定义书签 错误 未定义书签 1 绪论绪论 毕业设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论 基本技能和专业知识的能力 培养学 生建立正确的设计思想 掌握工程设计的一般程序 规范和方法 通过毕业设计 可树立正确的生产观点 经济观点和全球观点 实现由学生向工程技术人员 的过渡 是学生进一步巩固和加深对所学的知识 使之系统化 综合化 培养学生独立工作 独立 思考和综合运用所学知识的技能 提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力 从而扩大 深化所学的专业知识和技能 培养学生的设计计算 工程绘图 实验研究 查阅文献 外文资料的阅读和翻译 计算机应用 文字表达等基本工作实践能力 是学生出初步掌握科学研究的基本方法和思路 使学生学会初步掌 握解决工程技术问题的正确指导思想 方法手段 树立做事严谨 严肃认证 一丝不苟 实事求是 刻苦钻研 勇于探索 具有创新意识和团结协作的工作作风 1 1 选题的目的和意义选题的目的和意义 摇篮式加工中心是现代多任务 高效的五轴复合加工机床 可进行复杂零件的铣削加工 主 要由 X Y Z 直线进给轴 A C 回转进给轴 主轴头 刀库等功能部件组成 现代模具加工普遍使用球头铣刀来加工 球头铣刀在模具加工中带来好处非常明显 但是如果 用立式加工中心的话 其底面的线速度为零 这样底面的光洁度就很差 如果使用四 五轴联动机 床加工技术加工模具 可以克服上述不足 由于使用五轴联动机床 使得工件的装夹变得容易 加工时无需特殊夹具 降低了夹具的成本 避免了多次装夹 提高模具加工精度 采用五轴技术加工模具可以减少夹具的使用数量 另外 由 于五轴联动机床可在加工中省去许多特殊刀具 所以降低了刀具成本 五轴联动机床在加工中能增 加刀具的有效切削刃长度 减小切削力 提高刀具使用寿命 降低成本 采用五轴联动机床加工模具可以很快的完成模具加工 交货快 更好的保证模具的加工质量 使模具加工变得更加容易 并且使模具修改变得容易 1 2 摇篮式加工中心及五轴机研究现状及趋势摇篮式加工中心及五轴机研究现状及趋势 研究现状 五轴联有立式 卧式和摇篮式二轴 NC 工作台 NC 工作台 NC 分度头 NC 工作台 90 B 轴 NC 工作台 45 B 轴 NC 工作台 A 轴 二轴 NC 主轴等类型 上述六大类共 7 种五轴联动方式都有各自的特点 无法说哪一种形式更好 只能说你的产品适 合哪种类型的五轴加工 五轴联动机床是一种科技含量高 精密度高专门用于加工复杂曲机床 这种机床的系统对于 一个国家的航空 航天 军事 科研 精密器械 高精医疗设备等等行业 有着举足轻重的影响力 装备制造业是一国工业之基石 它为新技术 新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段 是不可或缺的战略性产业 即使是发达工业化国家 也无不高度重视 近年来 随着我国国民经济 迅速发展和国防建设的需要 对高档的数控机床提出了急迫的大量需求 机床是一个国家制造业水 平的象征 而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统 从某种意义上说 反映了一个 国家的工业发展水平状况 长期以来 以美国为首的西方工业发达国家 一直把五轴联动数控机床 系统作为重要的战略物资 实行出口许可证制度 特别是冷战时期 对中国 前苏联等社会主义阵 营实行封锁禁运 爱好军事的朋友可能知道著名的 东芝事件 上世纪末 日本东芝公司卖给前苏 联几台五轴联动的数控铣床 结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨 上了几个档次 使美国间 蝶船的声纳监听不到潜艇的声音了 所以美国以东芝公司违反了战略物资禁运政策 要惩处东芝公 司 由此可见 五轴联动数控机床系统对一个国家的航空 航天 军事 科研 精密器械 高精 医疗设备等等行业 有着举足轻重的影响力 现在 大家普遍认为 五轴联动数控机床系统是解决 叶轮 叶片 船用螺旋桨 重型发电机转子 汽轮机转子 大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段 所以 每当人们在设计 研制复杂曲面遇到无法解决的难题时 往往转向求助五轴数控系统 由于 五轴联动数控机床系统价格十分昂贵 加之 NC 程序制作较难 使五轴系统难以 平民 化应用 但 近年来 随着计算机辅助设计 CAD 计算机辅助制造 CAM 系统取得了突破性发展 珊星公 司等中国多家数控企业 纷纷推出五轴联动数控机床系统 打破了外国的技术封锁 占领了这一战 略性产业的至高点 大大降低了其应用成本 从而使中国装备制造业迎来了一个崭新的时代 以信 息技术为代表的现代科学的发展对装备制造业注入了强劲的动力 同时也对它提出更强要求 更加 突出了机械装备制造业作为高新技术产业化载体在推动整个社会技术进步和产业升级中无可替代的 基础作用 作为国民经济增长和技术升级的原动力 以五轴联动为标志的机械装备制造业将伴随着 高新技术和新兴产业的发展而共同进步 中国不仅要做世界制造的大国 更要做世界制造强国 预 计在不久的将来 随着五轴联动数控机床系统的普及推广 必将为中国成为世界最强国奠定坚实的 基础动机床 1 3 本课题主要研究内容本课题主要研究内容 主要问题 1 3 1 确实摇篮式加工中心回转轴 A C 的回转设计方案 1 3 2 确定回转轴与 x 轴和 z 轴的关系 1 3 3 设计电气原理图 1 3 4 绘制整体传动原理图以及机械装配图 解决方法 查阅资料 首先了解目前我国摇篮式加工中心设计所应用的领域及类型 并认真了解摇篮式 加工中心设计的操作方法与步骤 通过多种方案的比较 确定最适合的方案 并了解摇篮式加工中心设计中回转轴与 x 轴 y 轴之间的联系 确定回转轴的几个方向 3 确定电机的型号 4 控制系统采用 plc 控制系统 1 4 毕业进程安排毕业进程安排 3月7日到3月15日完成开题报告并交开题报告 3月16日到4月10日小组协作完成总体设计 绘制整机传动原理图1张 A1 绘制总体布局尺 寸联系图1张 A1 绘制整机电气控制系统 4月11日到5月5日机械系统设计 通过设计 计算 选型 绘制机械装配体1张 A0 5月6日到5月30日电气控制系统设计 根据电气元器件选型 绘制任务部分电气原理图1张 A1 6月1日到6月10日说明书撰写 按照撰写规范 根据设计过程顺序撰写设计说明书 不少于1 5 万字 6月11日至结束 答辩 2 电机选择电机选择 2 1 电动机选择电动机选择 倒数第三页里有东东 倒数第三页里有东东 2 1 1 选择电动机类型选择电动机类型 2 1 2 选择电动机容量选择电动机容量 电动机所需工作功率为 w d P P 工作机所需功率为 w P 1000 Fv Pw 传动装置的总效率为 4321 传动滚筒 96 0 1 滚动轴承效率 96 0 2 闭式齿轮传动效率 97 0 3 联轴器效率 99 0 4 代入数值得 8 099 0 97 0 99 096 0 224 4321 所需电动机功率为 kWkW Fv Pd52 10 6010008 0 4010000 1000 略大于 即可 d P d P 选用同步转速 1460r min 4 级 型号 Y160M 4 功率为 11kW 2 1 3 确定电动机转速确定电动机转速 取滚筒直径mmD500 min 6 125 500 100060 r v nw 1 分配传动比 1 总传动比 62 11 6 125 1460 w m n n i 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 03 4 4 1 01 ii 则低速级的传动比 88 2 03 4 62 11 01 12 i i i 2 1 4 电机端盖组装电机端盖组装 CAD 截图截图 图 2 1 4 电机端盖 2 2 运动和动力参数计算运动和动力参数计算 2 2 1 电动机轴电动机轴 mN r kW n P T nn pp m d 81 689550 min 1460 52 10 0 0 0 0 0 2 2 2 高速轴高速轴 mN r kW n p T nn pp m d 09 68 1460 41 10 95509550 min 1460 41 10 1 1 1 1 41 2 2 3 中间轴中间轴 mN rr kW n p T i n n ppp 6 263 2 362 10 10 95509550 min 2 362min 03 4 1460 10 1097 0 99 0 52 10 2 2 2 01 1 2 3200112 2 2 4 低速轴低速轴 mN r kW n p T i n n ppp 8 7359550 76 125 69 9 9550 min 76 125 88 2 2 362 69 9 97 0 99 010 10 3 3 3 12 2 3 3210223 2 2 5 滚筒轴滚筒轴 mN r kW n p T i n n ppp 720 76 125 49 9 95509550 min 76 125 49 9 99 099 0 69 9 4 4 4 23 3 4 4220334 3 齿轮计算齿轮计算 3 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数选定齿轮类型 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24 1 z76 9603 4 24 2 z 97 2 z 5 初选螺旋角 初选螺旋角 14 3 2 按齿面接触强度设计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 0 1 12 H EH d t t ZZTK d 3 2 1 确定公式内的各计算数值确定公式内的各计算数值 1 试选载荷系数1 6 1 t k 2 由 机械设计 第八版图 10 30 选取区域系数 433 2 h z 3 由 机械设计 第八版图 10 26 查得 则 78 0 1 87 0 2 65 1 21 4 计算小齿轮传递的转矩 mmNmmN n p T 108 6 1460 41 1010 5 9510 5 95 4 5 1 0 5 1 5 由 机械设计 第八版表 10 7 选取齿宽系数1 d 6 由 机械设计 第八版表 10 6 查得材料的弹性影响系数MPaZe 8 189 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 MPa H 600 1lim MPa H 500 2lim 13 计算应力循环次数 9 11 103 61530082114606060 h jLnN 91 2 1056 1 03 4 N N 9 由 机械设计 第八版图 10 19 取接触疲劳寿命系数 90 0 1 HN K 95 0 2 HN K 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 MPaMPa S KHN H 5406009 0 1lim1 1 MPaMPa S KHN H 5 52255095 0 2lim2 2 11 许用接触应力 MPa HH H 25 531 2 21 3 2 2 计算计算 1 试算小齿轮分度圆直径d t 1 0 3 1 21 tHE t d H K TZ Z d 324 86 0 1046 16 34 1046 167396 0 49 56mm10738 121 3 2 计算圆周速度v0 sm ndt 78 3 100060 56 491460 100060 11 3 计算齿宽及模数 1 1 cos 49 56 t nt mm d m z 2mm z d m t nt 1 1 cos 24 14cos56 49 24 97 0 56 49 h 2 252 25 2 4 5mm nt m 49 56 4 5 11 01 h b 4 计算纵向重合度 0 tan 20 73 tan318 0 1z d 14 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 1 KA 查得动载系数 11 1 Kv 由 机械设计 第八版表 10 4 查得的值与齿轮的相同 故 KH 42 1 KH 由 机械设计 第八版图 10 13 查得 35 1 f K 由 机械设计 第八版表 10 3 查得 故载荷系数4 1 HH KK 1 1 11 1 4 1 42 2 2 HHVA KKKKK 6 按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径 由式 10 10a 得 3 11 K dd t t K mm11 55375 1 56 49 6 1 2 2 56 49 3 3 7 计算模数 z d mn 1 1cos mm22 2 24 11 5597 0 24 14cos11 55 3 3 按齿根弯曲强度设计按齿根弯曲强度设计 由式 10 17 3 2 2 1 1 2 cos F SaFa d n YY z YT m K 3 3 1 确定计算参确定计算参数数 1 计算载荷系数 2 09 ffVA KKKKK35 1 4 111 1 2 根据纵向重合度 从 机械设计 第八版图 10 28 查得螺旋 903 1 角影响系数 88 0 Y 3 计算当量齿数 37 26 91 0 2424 14 24 97 0 coscos 333 1 1 z zV 59 106 91 0 97 14 97 coscos 33 2 2 z zv 4 查齿形系数 由表 10 5 查得 18 2 57 2 21 YYFaFa 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 1 21 YYSaSa 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 MPa FE 500 1 MPa FE 380 2 7 由 机械设计 第八版图 10 18 取弯曲疲劳寿命系数 85 0 1 KFN 88 0 2 KFN 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 MPaMPa S F MPaMPa S F FEFN FEFN K K 86 238 4 1 38088 0 57 303 4 1 85500 0 22 2 11 1 9 计算大 小齿轮的 并加以比较 F YYSaFa 1363 0 57 303 596 1 592 2 1 11 F YYSaFa F YYSaFa 2 22 01642 0 86 238 774 1 211 2 由此可知大齿轮的数值大 3 3 2 设计计算设计计算 mmmmmm mn 59 1 085 4 342 4 01642 0 65 1 88 0 8 610 2 2 3 3 2 3 2 2 4 97 0 24 14 cos 10 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 mn 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 mn 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 26 2 14cos11 55 cos 1 1 m d z n 取 则 取 27 1 z 81 10803 4 27 2 z 109 2 z 3 4 几何尺寸计算几何尺寸计算 3 4 1 计算中心距计算中心距 a mm mzz n 2 140 97 0 136 14cos2 2 10927 cos2 21 将中以距圆整为 141mm 3 4 2 按圆整后的中心距修正螺旋角按圆整后的中心距修正螺旋角 06 1497 0 arccos 2 1402 2 10927 arccos 2 arccos 21 a mzz n 因值改变不多 故参数 等不必修正 k ZH 3 4 3 计算大 小齿轮的分度圆直径计算大 小齿轮的分度圆直径 mm mm mz d mz d n n 224 97 0 218 14cos 2109 cos 55 97 0 54 14cos 227 cos 2 2 1 1 mma dd 5 139 2 22455 2 21 3 4 4 计算齿轮宽度计算齿轮宽度 mmb d d 5567 551 1 圆整后取 mmmm BB 61 56 12 低速级 取 m 3 30 3 z 由88 2 3 4 12 z z i 取 4 2 88 3086 4 z 87 4 z mmm mm zd zd 261873 90303 44 33 mmmma dd 5 175 2 26190 2 43 mmmmb d d 90901 3 圆整后取mmmm BB 95 90 34 表表 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 d 2 27 54 zd m 11 2 109 218 zd m 22 齿 顶高 ha 221 21 m hhh aaa 齿 根高 hf 2 1 21 cm chhh aff 齿 全高 hm chhh a 2 21 齿 顶圆直 径 da 11 2 aa m dhz m hzd aa 2 22 表表 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 d 3 27 54 zd m 11 2 109 218 zd m 22 齿 顶高 ha 12 1 22 aaamhhh 齿 根高 hf 2 1 21 cm chhh aff 齿 全高 hm chhh a 2 21 齿 顶圆直 径 da 11 2 aa m dhz m hzd aa 2 22 4 轴的设计轴的设计 4 1 低速轴低速轴 4 1 1 求输出轴上的功率求输出轴上的功率转速转速和转矩和转矩 p3 n3T3 若取每级齿轮的传动的效率 则 mN r kW n p T i n n ppp 842 7359550 76 125 69 9 9550 min 76 125 88 2 2 362 69 9 97 990 0 10 10 3 3 3 12 2 3 3210223 4 1 2 求作用在齿轮上的力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 mmmz d 4041014 44 N N N FF FF d T F ta n tr t 90814tan3642tan 1366 97 0 3639 0 3642 14cos 20tan 3642 cos tan 3642 404 1000 8 7352 2 4 3 圆周力 径向力 及轴向力 的 FtFrFa 4 1 3 初步确定轴的最小直径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 112 0 A mm n p Ad 64 47077 0 112 76 125 69 9 112 3 33 3 3 0min 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 TKTAca3 3 1 KA mmNmmN TKTAca 6 9565947358423 1 3 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 Tca 选用 LX4 型弹性柱销联轴器 其公称转矩为 半联轴器的孔径 故取 mmN mm d 55 1 半联轴器长度 L 112mm 半联轴器与轴配合的毂孔长度 mm d 50 21 mm L 84 1 4 1 4 轴的结构设计轴的结构设计 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 50 1212 mmmml d 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 mm d 62 32 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 mm L 84 1 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 L1 mm l 82 21 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 mm d 62 32 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 mm dd 65 7643 mmmm dl 82 5 54 6565 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 mm d 70 54 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 mm l 85 54 故取 h 6mm 则轴环处的直径 轴环宽度 dh07 0 mm d 82 65 hb4 1 取 mm l 5 60 65 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 mm l 57 40 32 低速轴的相关参数 表 4 1 功率 p3 kW69 9 转速 n3 min 76 125r 转矩 T3 mN 842 735 1 2 段轴长 l 21 84mm 1 2 段直径 d 21 50mm 2 3 段轴长 l 32 40 57mm 2 3 段直径 d 32 62mm 3 4 段轴长 l 43 49 5mm 3 4 段直径 d 43 65mm 4 5 段轴长 l 54 85mm 4 5 段直径 d 54 70mm 5 6 段轴长 l 65 60 5mm 5 6 段直径 d 65 82mm 6 7 段轴长 l 76 54 5mm 6 7 段直径 d 76 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 d 54 b 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 6 7 n H 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 6 7 k H 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 中间轴中间轴 4 2 1 求输出轴上的功率求输出轴上的功率转速转速和转矩和转矩 p2 n2T2 mN rr kW n p T i n n ppp 6 263 2 362 10 10 95509550 min 2 362min 03 4 1460 10 1097 099 0 52 10 2 2 2 01 1 2 3200112 4 2 2 求作用在齿轮上的力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 mmmz d 140354 33 N N N FF FF d T F ta n tr t 35214tan1412tan 1412 97 0 3639 0 3765 14cos 20tan 3765 cos tan 3765 140 1000 6 2632 2 3 2 2 因已知高速级大齿轮的分度圆直径为 mmmz d 3991333 22 N N N FF FF d T F ta n tr t 12314tan495tan 495 97 0 3639 0 1321 14cos 20tan 1321 cos tan 1321 399 1000 6 2632 2 2 2 4 2 3 初步确定轴的最小直径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 112 0 A mm n p Ad 6 33027 0112 2 362 10 10 112 3 33 2 2 0min 轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径 d12 图 4 2 4 2 4 初步选择滚动轴承初步选择滚动轴承 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mm d 35 21 的单列圆锥滚子轴承 其尺寸为 d D T 35mm 72mm 18 25mm 故 mm dd 35 6521 mm l 8 31 65 2 取安装低速级小齿轮处的轴段 2 3 段的直径 齿mm d 45 32 mm l 8 29 21 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mm l 90 32 轴肩定位 轴肩高度 故取 h 6mm 则轴环处的直径 轴环宽度 dh07 0 hb4 1 取 mm l 12 43 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 45 54 mm d 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 mm l 51 54 4 2 5 轴上零件的周向定位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 d 54 b 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 n2 362 2r min 转矩 T2 263 6mN 1 2 段轴长 l 21 29 3mm 1 2 段直径 d 21 25mm 2 3 段轴长 l 32 90mm 2 3 段直径 d 32 45mm 3 4 段轴长 l 43 12mm 3 4 段直径 d 43 57mm 4 5 段轴长 l 54 51mm 4 5 段直径 d 54 45mm 4 3 高速轴高速轴 4 3 1 求输出轴上的功率求输出轴上的功率转速转速和转矩和转矩 p1 n1T1 若取每级齿轮的传动的效率 则 mN r kW n p T nn pp m d 09 68 1460 41 10 95509550 min 1460 41 10 1 1 1 1 41 4 3 2 求作用在齿轮上的力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 mmmz d 72243 11 N N N FF FF d T F ta n tr t 95 470249 0 38 189114tan38 1891tan 55 709 97 0 3639 0 38 1891 14cos 20tan 38 1891 cos tan 38 1891 72 100009 682 2 1 1 4 3 3 初步确定轴的最小直径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 112 0 A mm n p Ad 54 211 0924 1 112 13 7112 1460 41 10 112 3 3 33 1 1 0min10 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 TKTAca1 3 1 KA mmNmmN TKTAca 88517680903 1 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 Tca 手册 选用 LX2 型弹性柱销联轴器 其公称转矩为 半联轴器的孔径 mmN mm d 30 1 故取 半联轴器长度 L 82mm 半联轴器与轴配合的毂孔长度 mm d 30 21 mm L 82 1 4 4 轴的结构设计轴的结构设计 4 4 1 拟定轴上零件的装配方案拟定轴上零件的装配方案 图 4 3 4 4 2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度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mm d 42 32 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mm L 82 1 面上 故 段的长度应比 略短一些 现取 mm l 80 21 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 mm d 42 32 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 mm dd 45 7643 mm l 75 26 87 75 31 43 l 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 mm l 81 45 32 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 d 54 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 6 7 n H 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 6 7 k H 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 p1 10 41kw 转速 n1 1460r min 转矩 T1 mN 09 68 1 2 段轴长 l 21 80mm 1 2 段直径 d 21 30mm 2 3 段轴长 l 32 45 81mm 2 3 段直径 d 32 42mm 3 4 段轴长 l 43 45mm 3 4 段直径 d 43 31 75mm 4 5 段轴长 l 54 99 5mm 4 5 段直径 d 54 48 86mm 5 6 段轴长 l 65 61mm 5 6 段直径 d 65 62 29mm 6 7 段轴长 l 76 26 75mm 6 7 段直径 d 76 45mm 5 5 齿轮的参数化建模齿轮的参数化建模 5 1 齿轮的建模齿轮的建模 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d a d b d f d 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 1 6 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 DTM1 7 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 DTM2 8 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