ZI蜗杆数控磨削工艺研究

1、毕业论文（设计）题 目zi蜗杆数控磨削工艺研究学生姓名学号_e所在学院_e专业班级ee指导教师cc完成地点校内2006年6月18 日zi蜗杆数控磨削工艺研究作者：ee(ee)扌旨导教师:ee摘要:针对渐开线蜗杆(zi型蜗杆)磨削加工的要求，建立了渐开线蜗杆磨削加工的数学模型，根据cnc砂轮修整器的成形原理，推导了磨削用砂轮截形的计算方法，利用matlab计算得到砂轮回转面的截形，在带有cnc砂轮修整器的数控螺纹磨床上实现了蜗杆的磨削试验。试验证明，该方法稳定提升了蜗杆的磨削精度，而且操作简单。关词zi型蜗杆；砂轮修整器；成形磨削；截形zi worm nc grinding technology

2、 was studiedauthor: ee(ee)tutor: eeabstract: the iiivduteuwn(zi worn) grinding iequhentnis, estiiislied the inathemadcal model of iiwlme wnnigdirliiig, acaxdiiig to the fooningpiindple of cncgincting vvhed dresser;deduces the cakxiktiai riethod ote grinding vvted awjwiectionalshape grindingwhedsuiig

3、the cakulatedsectionty usii matlab, a grinding vvam with cncthread ginderwith cnc grinding vvhed dresser experiments prove (hl the rmhod is stablejnpove (he arindnig precision of the wonn and thcopcradon is simple.key words： zi worm; grinding wheel dresser; form grinding; truncate1绪论11.1引言11.2课题研究的目

4、的和意义113与本课题相关的国内外研究动态11.3. 1典型蜗杆的发展11.3.2齿轮啮合理论的发展21.3.3蜗杆传动的发展趋势314本课题的主要工作31.4. 1主要问题31.4.2解决问题的思路与方法315论文的组织结构32渐开线蜗杆啮合理论错误！未定义书签。2. 1螺旋面及其法线表达式错误！未定义书签。2. 1.1圆柱螺旋面的形成及其表达式错误！未定义书签。2. 1. 2 一般螺旋面的法线表达式错误！未定义书签。2. 2蜗轮蜗杆啮合方程式的建立错误！未定义书签。3磨削工艺研究错误！未定义书签。3. 1蜗杆加工工艺错误！未定义书签。3. 2渐开线蜗杆磨削方法选择错误！未定义书签。3. 2

5、.1渐开线蜗杆齿形磨削存在的问题错误！未定义书签。3. 2. 2渐开线蜗杆齿形的磨削方法错误！未定义书签。3.2.3磨削方法比较错误！未定义书签。33砂轮方程的计算错误！未定义书签。3. 3. 1蜗杆砂轮端面渐开线错误！未定义书签。3. 3. 2蜗杆螺旋面上啮合点的相对运动速度v .错误！未定义书签。3. 3.3蜗杆端面渐开线上任意点m的螺旋面法矢n错误！未定义书签。3.3.4蜗杆砂轮轴向截形错误！未定义书签。4渐开线蜗杆及砂轮建模错误！未定义书签。4. 1建模原理错误！未定义书签。4.2渐开线蜗杆建模思路错误！未定义书签。4.3渐开线蜗杆建模步骤错误！未定义书签。4.4对应砂轮建模步骤错误！

6、未定义书签。5 matlab绘制砂轮截面曲线错误！未定义书签。5. 1 cnc砂轮修整器简介错误！未定义书签。5. 1. 1cnc砂轮修整器结构及其原理错误！未定义书签。5. 1.2 cnc砂轮修整器工作过程错误！未定义书签。5.2用matlab绘制砂轮截面曲线错误！未定义书签。5. 2. imatlab简介错误！未定义书签。5. 2. 2将计算得到的砂轮轴向截线方程输入matlab软件中得到如图5. 3所 示的图形错误!未定义书签。5. 3.2结论错误!未定义书签。6总结错误！未定义书签。6. 1全文总结 本论文主要研究工作：错误！未定义书签。6. 2研究展望错误！未定义书签。参考文献错误！

7、未定义书签。1绪论1. 1引言蜗杆传动是传递空间交错轴z间运动和转矩的一种机构，两轴线z间的夹角可为任意值, 但垠常用的是两轴在空间互相垂直，轴交角工为90。按蜗杆分度曲ifli的形状不同，蜗杆传动分为： 圆柱蜗杆传动、环ifii蜗杆传动和锥蜗杆传动。圆柱蜗杆传动乂可分为：普通圆柱蜗杆传动和圆弧鬪 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：阿基米德鬪柱蜗杆（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

8、锥而包络圆柱蜗（zk蜗杆）等四种。浴开线71mlmna图1.1渐开线圆柱蜗杆定义：齿面为渐开螺旋面的圆柱蜗杆，其端面齿廓是渐开线。渐开线蜗杆（zi蜗杆），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）、大螺旋也的渐开线圆柱斜齿轮，zt蜗杆 可用两把肓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，其屮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。1.2课题研究的目的和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血提出了更高的要求。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

9、要的热处理，另一方是提高制造精度， 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。因此蜗杆濟削的设计和研究有 着重要的实际意义。木课题是数控加工的前期准备工作，通过对所加工物体的实体建模和运动仿真, 就能在实际加工前发现诸如传动副零件几何结构，制造环境资源，传动副啮合特性等的设计不当， 保证产品开发设计一次成功；在确保产品功能，产品质量和尽可能低的制造成本的前提卞，可以有 效地缩短开发周期，因此，木课题的研究具备可观的潜在经济效益。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徳，据亚历山人时代的pappus与hi er on

10、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 约放人200倍的效能。根据pappus的记载，阿基米徳曾经利用前述装置，以仅仅少数奴隶就将一艘 人战舰推入海屮，并引起当时社会巨人的回响。理解各种省力装置巨人效能之后，难怪阿基米徳会 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hi er on和v itruvius曾在白己的著作中提及以蜗轮作为测最距离的量程机构，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

11、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，经过屮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，1928年美国人做了重人改进，逐步发展到今天，成为目前世界著名“cone worm”。1922年 美国研制成被誉为威氏蜗杆“wi

12、ldhaber worm"的平面直齿蜗杆传动；五十年代，h本人发展了此 项技术，就是平面蜗杆传动“plane worm"。1953年西徳尼曼(nieman)教授为蜗杆传动做出重人贡 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, 研制平面一次包络坏面蜗杆传动，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棊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人、传动效率较高和蜗 杆可以磨削等

13、优点，现己大量应用于冶金、造船、采矿、机械、建筑、犬文等行业，受到普遍欢迎。 至于法向直蜗杆，市于其端面上的齿郦为延伸渐开线，轴向剖面上的齿聊为凸形illi线，齿或齿槽在 法向剖面为直边齿聊。可以川砂轮端面磨削齿形。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。这种齿郦的蜗杆副，广泛应用于各种精密机械传动的分度元件。在机床工业 屮，川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年的全国科学人matlab会奖。近二十年來， 蜗杆传动的研制取得了较人的进展，出现了各种新型的蜗杆传动与变态

14、蜗杆传动，如滚锥、指锥或 球面的二次包络坏面蜗杆传动，illi率可控点接触蜗杆，超坏面行星蜗杆传动等己经达到相当的水平。 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，冃前蜗杆传动的技术水平已达到：表1t目前蜗杆参数蜗杆传递功率p l = 10290kw蜗轮输出转矩t二2000knm蜗杆传递的鬪周力fi二800kn 蜗杆传动的中心距a=2000mm 蜗杆转速n=40000r / min 蜗杆鬪周速度v二69m/ s 蜗杆头数zi尸13 蜗杆传动效率n=0.9813. 2齿轮啮合理论的发展la. hir

15、e, ponce i lent和camus最先制定了平面啮合中求共轨齿廓的包络曲线法和旋转曲线 法。leuler提出了圆柱齿轮的渐开线啮合，这种啮合后来在工业中获得了非常广泛的应用。杰出 的法国儿何学家t. oliver和俄国学者x. h的著作奠定了空间啮合理论的基础。t. oliver提出了 求共轨齿面的普遍法包络曲线法。但是，他虽然论证了利用辅助曲面得到线接触和点接触共扼 曲面的可能性，却局限于一种儿何模式。这一论断后来x. h加以纠正，x. h的巨大贡献在于他建 立了齿轮啮合原理的理论基础。在x. hz后，一些学者如由ji.李特文研究了齿轮啮合的解析法, 并简化成所谓的运动学法。运动学法

16、的主要特点是：互为包络的两齿而，在其接触点处的相对运动 速度矢虽v垂直于齿面法线矢量n,即0=v*n。国内的一些学者如严志达、吴大任、骆家舜、王树人、吴序堂等利用相对微分理论研究了齿轮 啮合问题，并建立了齿轮啮介理论的数学基础，为推动我国啮合理论的研究起到了 i分重要的作用。 陈惟荣分析了共辘曲线的奇异点和根切界限点z间的关系。曹存昌提出了空间螺旋啮合中啮合点和 接触点三维坐标的计算方法。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，使蜗杆的研究对视 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，增人齿面接触点 处诱导曲

17、率半径；在共轨齿面做岀“人工汕涵”，为连续充分供汕创造条件；合理选材料及热处理 方法；合理选择润滑汕种类及润滑方式；考虑散热问题等。口前，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，増人齿面接触点处的诱导illi率半径。近年出现 的各种新型蜗杆传动及变态蜗杆传动，都是朝着这方而努力的结果。(4) 在共轨齿面做出“人工油涵”，为连续充分供油创造条件，使共轨齿

18、血貝备形成动压油膜 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，除去蜗轮齿血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使线接触的共轨齿血变为可控点接触的共轨齿血。以上这些趋势是未來蜗杆研究的主要方向, 本文主要研究的就是笫一类趋势中的运动仿真。14本课题的主要工作1.4. 1主要问题本课题主要研究渐开线蜗杆的磨削仿真，探讨蜗杆、砂轮零件的实体建模，砂

19、轮并开发主要 用于螺纹磨床cnc砂轮修整器控制软件，能自动牛成対应蜗杆的数控加工代码。1. 4. 2解决问题的思路与方法首先在深入研究微分儿何和空间啮合原理的基础上，选定一组符合国家标准的蜗杆参数在软 件下建立蜗杆的实体模型。研究蜗杆的磨削加工工艺，根据已知的蜗杆齿血形状和包络原理，求岀 砂轮廓型及回转曲面的方程，并建立砂轮的实体模型。最后实现砂轮磨削蜗杆。1. 5论文的组织结构全文共由6章组成，论文的主要内容和组织如下：笫1章 绪论部分简要介绍了研究背景、研究内容、研究目的意义。笫2章 対渐开线蜗杆的磨削加工过程进行了深入的研究，并在选择了合适的砂轮外形，以及 砂轮方程的计算。笫3章 渐开线

20、蜗杆啮合理论及曲血方程的建立。介绍了实体模型的建立方法，并利用pro/e 建立了渐开线蜗杆和砂轮的实体模型。笫4章 介绍了实体模型的建立方法，并利用pro/e建立了渐开线蜗杆和砂轮模型。笫5章 砂轮修整器的简介，并用matlab绘制砂轮截面曲线笫6章 对全文的研究工作进行总结，并对今后的工作进行展望。2.电机选择2. 1电动机选择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：p“；工作机所需功率化为：p5v 1000 '传动装置的总效率为：= 0.96= 0.96773 = 0.97% =（）9977 =耳口2耳3仏=0.96x0.99“ x0.972 x

21、0.992 = 0.8 所需电动机功率为：fv 10000x40h = 7172 叶 3 帀4 ； 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：p.=二一 kw = 10.52rw"10000.8x1000x60代d略大于< 即可。选用同步转速1460r/min ； 4级；型号y160m-4.功率为llkw2. 1.3确定电动机转速 取滚筒直径d = 500/77/2?60x 1000v.=125.6r/min 500龙1 分配传动比(1) 总传动比 = 160=11.62n. 125.6>»*(2) 分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速

22、器高速级传动比z0i = vl4z = 4.032. 1.4电机端盖组装cad截图<)今、则低速级的传动比i11.62roo12 -.=51= =2.884.03图2.1.4电机端盖2. 2运动和动力参数计算pq = pd = 52kw 弘=72,” i460" minto = 9550 巳= 68.8 in”ho2. 2. 2高速轴«w“i46(k/min厂= 9550必= 9550 xhi10.411460=68.097v-m2. 2.3中间轴p广rir/3 = 10-52 x 0.99 x 0.97 = 10rt _ 1460r/min = 362.2r/min

23、01“ 9550仔 9550x = 263.62. 2. 4低速轴p= p2r/q2 = p 77 = 10.10x 0.99 x 0.97 = 9.69pwn2 _ 362.2=125.76/7 mind q 69 7 = 955()4 = x 9550 = 735.87v m 1 3仏 125762. 2. 5滚筒轴p = p 打 j p ,77，4 = 9.69x0.99x0.99 = 9.49hv弘=学=125.76/7 min<237 = 9550 丛= 9550 x7149.49125.76=7207v-m3. 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，

24、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），硕度为280 hbs,大齿 轮材料为45钢（调质）硕度为240 hbs,二者材料硕度差为40 hbs。4选小齿轮齿数石=24,大齿轮齿数6=24x4.03 = 96.76。取 = 975初选螺旋角。初选螺旋角0 = 14°3. 2按齿面接触强度设计曲机械设计设计计算公式（10-21）进行试算，即i _2（耳）卩 + z”ze3.2.1确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数匕=161。（2）由机械设计第八版图10-30选取区域系数

25、s=2.433。（3）由机械设计第八版图10-26查得 = 0-78 , = 0-87 ,则（4）计算小齿轮传递的转矩。 95.5 x lo5 6 7 * x p（）95.5x10xlo.411460n .mm=6.8x 104 n .mm（10）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%,安全系数s=l,由机械设计第八版式（10-12）得匕 j = khnic恤1 = 09 x 600mpg = 540mpa=0.95 x 550mpa = 522.5mpa（11）许用接触应力b =】+l = 53 l25mpq23. 2. 2计算（1）试算小齿轮分度圆直径”d, = 3严 “ + 1 呼=v1

26、6.46x104 x0.862 = vo.7396x 16.46x 104 = v121.738 x 1（） =4 v 叭 “9. 56mm（2）计算圆周速度必71 duylx60x?000ttx 1460x49.56""60x1000=3.78/?/5m nt（3）计算齿宽及模数d , cos 0='=49.56mmmnfz1业泌=49.56xcqs14o 二49.56x0,97 如乙24h=2. 25%=2 25x2=4. 5mm %=49 56/4. 5=11.0124（4）计算纵向重合度£0 -（）.3180/ tan/? = 0. 318x 1

27、x24x tan 14°二20. 73（5）计算载荷系数k。已知使用系数k.i，根据v二7.6 m/s, 7级精度，由机械设计第八版图10-8 查得动载系数k”ii；出机械设计第八版表10-4查得乩的值与齿轮的相同，故k/.42；由机械设计第八版图10-13查得©ix由机械设计第八版表10-3查得kha =khp=a.故载荷系数k = kakvkhakh/ = 1x1. 11x1.4x1.42=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= 49.56xv1375 =55.11/?m(7) 计算模数dcos0 55.1 lx cos 14

28、6;0.97 x 551“2424jfl = 2.22mmn z.33按齿根弯曲强度设计由式(10-17)2仃匕cos2化牛牛3. 3. 1确定计算参数（1）计算载荷系数。k = kakvkfakfp = l.xllxl.4xl.35=2. 09（2）根据纵向重合度= 1903,从机械设计第八版图10-28查得螺旋角（3）计算当量齿数。24影响系数丫厂倔7 一一_4_2£_26 37才 cos"©"。""厂'a32 = 106.59cos 0 cos 14 0 91（4）查齿形系数。由表 10-5 查得 y"产 2.

29、57; y&2 = 2.18（5）查取应力校正系数。由机械设计第八版表10-5查得人产16；人2 = 179（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6e = 5q0mpa大齿轮的弯曲强度极限cfm2 = 38omr7；（7）由机械设计第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 km = 085, kfn2 = °滤.（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=kfnq 加=（）x550（）mfa = 303.57mpal"i s1.4 = kf2fe2 = 0.88x380 = 238.86ml&q

30、uot;上s1.4并加以比较。（9）计算大、小齿轮的*牛of.2211xl77< 0.01642238.86由此可知大齿轮的数值大。3. 3. 2设计计算2x2.10x6.8x1f）4x 0.88 x （ cos 14°丫/?x 0.01642/?7/?=計4.342 x 0.97 mm =242 * 1 65封 4.085=1.59/rd|cos0mn551 xcosl4。2=26.73对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数/力大于由齿面齿根弯曲疲 劳强度计算的法面模数，取m广2,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强来计算应有的齿数。于是由度，需按接触疲劳强度得

31、的分度圆直径100. 677mm取 z】"7,则 2 = 27x4.03 = 108.81 取 2=1093. 4几何尺寸计算3. 4.1计算中心距a=（乙 + 乙）也=0 + 109）x2 =斗 40.2_2 cos/?2 x cos 140.97将中以距圆整为141mm.3. 4. 2按圆整后的中心距修正螺旋角（3 - arccos（乙 十 乙）加” =arccos 十“刃 ? - arccos0.97 = 14.06° 2a2x140.2因“值改变不多，故参数£"、匕、zh等不必修正。3. 4.3计算大、小齿轮的分度圆直径=55 mm0.97=22

32、4 mm1 二 zm = 27x21 cos p cos 14i 二乙陆二 109x2°厂 cos0 一 cos 14a =么 + 2 = 55 + 224 =】39 5mm 2 23. 4. 4计算齿轮宽度 b = 00 = 1x55.67 = 55mm 圆整后取b? = 56加加;8 = 6 imm . 低速级 取 m=3;乙3 = 30;由匚2鼻=2.88z34 = 2.88x30 = 86.4 取 4 = 87d 3 =加乙=彳 x 30 = 90md 4 = 3 x 87 = 261 mmd' + d* 90 + 261a = :=mm = u5.5mm2 2b =

33、 0 / ds = 1 x 90mm = 90mm 圆整后取 b4 = 90mm, b 3 = 95 mm表1高速级齿轮:名 称号 彳式 公 算 计轮 齿、rd轮 齿 大m22角 力 压2020dz1 m-2 m-2 d高 页 齿aa2-2x11- m-2- th高 根 齿tn+(/z-2 /力-rj高 全 齿h加c + * a圆 顶径 齿直m d 力 2+2 (z-2 a d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a2020分度圆直径dji = mzi=3x 27=54d? = m 2=2x 109=218齿顶高hahai = ha2 = hn = ix2 = 2齿根高

34、hfhf = hf2 =(/i： + c加=(i +。j x 2齿全高h/zi=/l2 =(2/z： + c 加顶径 齿直dad 十（zi + 2/l：）加必2 =（©+2仇:加4. 轴的设计4. 1低速轴4. 1. 1求输出轴上的功率卩转速弘和转矩八若取每级齿轮的传动的效率，则p, = p 叽=px7!7! y= ,0-,0x0"°-97 = 9比 ='"2 = 125.76r/min “九 2.88d q 69 t, = 9550口 = x 9550 = 735.842w m 1 3n. 125.764.1.2求作用在齿轮上的力因已知低速级大

35、齿轮的分度圆直径为=加= ° x 101 = 404mm厂2x735.8x1000f =丄卫=3642/vtan rytan 20°0 3639f = f= 3642 x - = 3642 x= 13667vr r r 1 cos/?cos 14°0.97尸 =p tan 0 = 3642 x tan 14° = 908/v圆周力f，径向力f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4。= h2，于是得=47.64z?m输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径&

36、quot;.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.联轴器的计算转矩卩“ = ka7 查表考虑到转矩变化很小，故取ka = 1-3,则：t, = kat, = l3 x 7358427v mm = 956594.6n mm按照计算转矩7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 -mm 半联轴器的孔径 广55加，故取dz = 5o加加，半联轴器长度l二112mm,半联轴器与轴配合的毂孔长 度乙=84切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

37、轴的各段直径和长度1）根据联轴器“12 = 50加"厶2二加加加;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“2-3丸2讪；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乙=购”，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段的长度应比乙 略短-些，现取li = s2mm.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，故选用单列岡锥滚 子轴承.参照工作要求并根据d 2-3= 62mm ,由轴承产晶口录屮初步选取0基木游子隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313o其尺寸为dxdxt

38、=65mmxl40mmx36mm,故 （73-4 = d = 65加加.而 /5_6 = 54.5讪,仇6 = 82加说 o3）取安装齿轮处的轴段4-5段的直径d4-5 = 70mm ；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，故取人=。齿轮的左端釆用轴肩定位，轴肩高度h > 0.076/ , 故取h二6mni ,则轴环处的直径5-6 = 82mm 。轴环宽jb>1.4h ,取/5-6 = 60-5o4）轴承端盖的总宽度为20価（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丁对轴承加润滑

39、脂的耍求，取端盖的外端而与半联轴器右端而间的距离 l=30mm,故取；2_3 = 40.57低速轴的相关参数：表4-1功率p.9.69 册转速n3125.76r/min转矩735.842n 加1-2段轴长1-284mm1-2段直径d 1-250ihih2-3段轴长i2-340. 57inm2-3段直径d 2-362mm3-4段轴长<3-449. 5mm3-4段直径3一465mm4-5段轴长<4一585mm4-5段直径4一570inin5-6段轴长a一660. 5mm5-6段直径(15-682mm6-7段轴长le-i54. 5mm6-7段直径d(y-l65mm（3）轴上零件的周向定位

40、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=20mmxl2mm,键槽用键槽铳刀加工，长为l=63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良 好的对屮性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为也 ;同样，半联轴器与轴的连接，选用 n6平键为14mmx9mmx70mm,半联轴器与轴的配合为也。滚动轴承与轴的周向定位是由过 k6渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为ni6。4.2中间轴4. 2. 1求输出轴上的功率亿转速弘和转矩八p2 = p r/ = po23 i°52x 0.99 x 0.97 = 1010pw厂/min = 362.2厂 / min弘几4.03八皿吩"

41、50x = 263.654. 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:3 二加二 4 x 35 二 140mmfr =tan/y"cos0=3765xtan 20°cos 14°=3765x0.36390.97=1412/v7= 2x263.6x1000 =3765"140p = ftlan(3 = 1412x tan 14° = 3527v(2) wq知高速级人齿轮的分度圆直径为:di = m = 3x133 = 399mmf产手-d 2= 1321xtan 20°cos 14°= 1321x0.

42、36390.97=495/vf( = fan0 = 495xtanl4° = 123n4. 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 y40 = 112 ，于是得：轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径匕。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i员i锥滚了轴承，参照工作 要求并根据d ,_2 = 35/77777 ,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 dxd*t=35mmx72niinx 18. 25mm,故/12 = /._

43、6 = 35mm ,=31 .smm ；q 5-6（2）取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径2 3 = 45mm / 2 = 29.8mm ；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,为了使套筒端而可 靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取l2_3 = 90mm 。齿轮的右端采用轴肩定 位，轴肩高度力 （）.（）7d，故取h二6mm,则轴环处的直径。轴环宽度方 1 ah ,取厶_4 = 12mm。（3）取安装高速级大齿轮的轴段4-5段的直径/4 5 = 45/77777；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

44、压紧齿轮, 此轴段应略短于轮毂宽度，故取/心=5 xmm。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釆用平键连接。按-查表查得平键截而 b*h=22mmx 14mmo键槽用键槽铳刀加工，长为63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好 的对屮性，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 14mmx9mmx70mm,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來 保证的，此处选轴的直径公并为ni6。中间轴的参数:表4-2功率p210. 10kw转速n2362. 2i7min转矩t2263. 6 tv-m1-2段轴长l-229. 3mm1-2段直

45、径d i-225mm2-3段轴长z2-390mm2-3段直径u2-345mm3-4段轴长z3-412mm3-4段直径3一457 mm4-5段轴长z4-551mm4-5段宜径d 4-545mm4. 3高速轴4. 3. 1求输出轴上的功率卩转速仏和转矩八若取每级齿轮的传动的效率，则pr p(, = l()alkwni = nw = 1460r/mint = 9550必=9550 x = 68.09/v m1 1h.14604. 32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d=加 z = 3 x 24 = 12mm也= 2x68.09*1000 =丽 38“"乩72tan ryt

46、an 20°0 3639f = f = 1891.38x- = 1891.38x- = 709.552f广 f冋 0 = 1891.38 x tan 14° = 1891.38x0.249 = 470.95/v4. 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ao = 112，于是得：血r 存心愿"12x丽荷 m2xl.924x0_21.54呦输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径芒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ta = kj ，查表，考虑到转矩变化很

47、小，故取 k厂13，则：tcq = kat = i? x 68090n - mm = 88517- mm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型屛:性柱销联轴器，其公称转矩为560000a.mm 半联轴器的孔径= 3qmm，故取2 = 30mm，半联轴器长度l=82mm，半联轴器与轴配合的毂孔长 度 l = 82/h77?.44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轴段右端需制岀一轴肩，故取2-3的直径d2_3 = 42m

48、m ;左端用轴端挡圈，按轴端直径取挡圈直径d=45mm 半联轴器与 轴配合的羲孔长度= 82mm ，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 = 80/77/772）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，故选用单列圜锥滚子轴承参照工作要求并根据d2_3 = 42mm ,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二45mm*85im*20 75mm,故d3-4 = d6-7 = 45,7im；而 i口 = 26.75mm , /3_4 = 31.75 mmo3）取安装齿轮处的轴

49、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. 29mmo4）轴承端盖的总宽度为20伽（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，取端盖的外端而与半联轴器右端而间的距离 1 二30mm,故取厶=45.8lm/n。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dx查表查得平键截面b*h二14nini*9nini ,键椚用键椚铳刀加工，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俘 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用 n6平键为14mmx9mmx70mm,半联轴器

50、与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由 k6过渡配合來保证的，此处选轴的直径公茅为ni6。高速轴的参数：表4-3功率p10. 41kw转速hi1460r/min转矩6&09n 加1-2段轴长z1-280mm1-2段直径di30mm2-3段轴长2 2-345. 81mm2-3段直径(11-342mm3-4段轴长【3-445mm3-4段盲径u3-431. 75nin)4-5段轴长z4-599. 5mm4-5段直径d 4-54& 86mm5-6段轴长15-661mm5-6段直径u5-662. 29mm6-7段轴长26. 75mm6-7段直径u6-745mm5. 齿轮的参数化建模5.

51、 1齿轮的建模(1)在上工具箱中单击旦按钮，打开“新建”对话框，在“类型”列表框中选择“零件”选项，在“子类型”列表框屮选择“实休”选项，在“名称”文本框中输入"dachilun_gear”如图5-1所示。1 "x类型子类型绘件件造图式表表局记 芟零组制绘格报图布标 临口口幽凹nn-f曰厘件 体合金体 实复皈主 0000815-1 "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(

52、2)设置齿轮参数1在主菜单中依次选择“工具”一 “关系”选项，系统将自动弹出“关系”对 话框。2在对话框中单击也按钮，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朋，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”对话框屮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d、血、

53、心、d,修改的结 果如图5_6所小。图5-5 “关系”对话框图5-4草绘同心圆曲銭：从方程图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，在该菜单屮依次选择“曲线选项f图5-7所示。“从方程f“完成”选项，打开“曲线：从方程”对话框，如2在模型树窗口屮选择i“教prt_csys_def坐标系，然后再从“设置坐标类型”菜单 屮选择“笛卡尔”选项，如图5-8所示，打开记事本窗口。3在记事木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屮的曲线1、曲线2作为放置参照，创建过两曲线交点的基准点pnto。froniluh 线 ijilli 线 2 %/ ff/f参照曲线:f6（曲线） 曲线:f5停绘）pft.csrs.def下一相交取消参照设置如图5-10所示。图510 “基准点”对话框图5-11基准点参照illi线的选择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_l,如图6-13所示。图5-12 “基准轴”