ZN蜗杆数控磨削工艺研究教学内容

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。ZN蜗杆数控磨削工艺研究ZN蜗杆数控磨削工艺的研究ee（ee）指导教师：ee摘要ZN蜗杆又称法向直廓蜗杆。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。论文首先在深入研究微分几何和空间啮合原理的基础上，建立了法向直廓蜗杆的曲面方程，按照螺旋面的产生原理建立蜗杆的齿面方程，然后根据齿面空

2、间啮合原理计算成形磨削所需的砂轮截并应用建立的曲面方程和选定的一组符合国家标准的蜗杆参数在MATLAB编程，得出砂轮截型曲线，与理论轮廓作比较。因此对其砂轮进行修整，从而提高蜗杆的加工精度，操作方便，简单。关键词：ZN蜗杆，成形磨削，砂轮截型，砂轮修整ZNwormgrindingprocessResearchee(ee)Tutor:eeAbstract:ZNwormisalsocalledstraightsidednormalworm.Nowdays,wormgearingwhichhashigherperformanceinbearingcapacity,transmissioneffici

3、encyandtransmissionprecisionisneededinmoderindustryproducts.Inordertomeetthisdemand,twomeasurescanbetakentodealwithit;oneistoadoptnewmaterialwithhigherstrengthandtotakeheattreatmentsuchastoimprovewormshapeprecisionortodeduceitssurfaceroughness.So,wormgrindingtechnologyresearchanddevelopmenthasimport

4、antandrealmeaning.Fistly,surfaceequationofstraightsidednormalwormisbuiltonthebasisofdifferentialmeshingtheory.Theshapesectioncontourofgrindingwheelwascalculatedbyspacemeshingtheory.Theobtainedsectioncontourofgrindingwheelwasaseriesofdiscretedots.Thenthisequationisusedtosetupsolidmodelofthestraightsi

5、dednormalwormwithasetofwormparameterswhicharederivedfromnationalstandard.ThemodelingtoolsareusedhereisMATLAM,Wheelcut-typecurvesderived.Comparedwiththetheoreticaloutline.Soitswheeltrimmed,therebyimprovingprocessingaccuracyoftheworm,operatingside,theysimply.KeyWords:ZNworm,FormGrinding,Wheelcuttype,G

6、rindingWheel目录TOCo1-3huHYPERLINKl_Toc325201绪论PAGEREF_Toc325201HYPERLINKl_Toc124881.1引言PAGEREF_Toc124881HYPERLINKl_Toc280981.1.1课题研究的目的PAGEREF_Toc280981HYPERLINKl_Toc162801.1.2课题研究的意义PAGEREF_Toc162801HYPERLINKl_Toc290481.2与本课题相关的国内外研究情况PAGEREF_Toc290481HYPERLINKl_Toc247391.2.1典型蜗杆的发展PAGEREF_Toc247391

7、HYPERLINKl_Toc214921.2.2蜗杆传动的发展趋势PAGEREF_Toc214922HYPERLINKl_Toc25551.2.3蜗杆成型磨削的研究状况PAGEREF_Toc25552HYPERLINKl_Toc1661.3本课题主要研究内容PAGEREF_Toc1663HYPERLINKl_Toc144202法向直廊蜗杆的啮合理论PAGEREF_Toc144204HYPERLINKl_Toc195682.1建立坐标系和坐标转换PAGEREF_Toc195684HYPERLINKl_Toc297192.1.1建立坐标系PAGEREF_Toc297194HYPERLINKl_To

8、c207032.1.2各坐标系间的坐标变换PAGEREF_Toc207034HYPERLINKl_Toc672.2ZN蜗杆螺旋面方程的建立PAGEREF_Toc675HYPERLINKl_Toc76933蜗杆成形磨削的砂轮截型PAGEREF_Toc76939HYPERLINKl_Toc23623.1空间啮合点计算PAGEREF_Toc23629HYPERLINKl_Toc247753.2成型砂轮截型计算PAGEREF_Toc2477510HYPERLINKl_Toc68723.3砂轮截型的曲线拟合PAGEREF_Toc687211HYPERLINKl_Toc180893.3.1双圆弧拟合法PA

9、GEREF_Toc1808912HYPERLINKl_Toc83463.3.2双圆弧拟合的算法PAGEREF_Toc834612HYPERLINKl_Toc307953.4利用MATLAB软件进行数据的计算PAGEREF_Toc3079513HYPERLINKl_Toc19453.4.1MATLAB软件的简介PAGEREF_Toc194513HYPERLINKl_Toc4453.4.2蜗杆的基本参数的定义PAGEREF_Toc44514HYPERLINKl_Toc65543.4.3成型砂轮的截形PAGEREF_Toc655414HYPERLINKl_Toc9843.5本章小结PAGEREF_T

10、oc98417HYPERLINKl_Toc85944蜗杆的磨削的研究PAGEREF_Toc859418HYPERLINKl_Toc74764.1法向直廊蜗杆的磨削PAGEREF_Toc747618HYPERLINKl_Toc115934.2砂轮的选择PAGEREF_Toc1159320HYPERLINKl_Toc122344.3本章总结PAGEREF_Toc1223420HYPERLINKl_Toc74185成型砂轮的修整PAGEREF_Toc741821HYPERLINKl_Toc42225.1砂轮修整器PAGEREF_Toc422221HYPERLINKl_Toc310195.2砂轮轮廓修

11、整方法PAGEREF_Toc3101921HYPERLINKl_Toc225685.3砂轮修整的工艺方法PAGEREF_Toc2256822HYPERLINKl_Toc20675.4修整的意义PAGEREF_Toc206723HYPERLINKl_Toc25285.5本章小结PAGEREF_Toc252823HYPERLINKl_Toc100456全文总结与展望PAGEREF_Toc1004524HYPERLINKl_Toc83346.1全文总结PAGEREF_Toc833424HYPERLINKl_Toc213306.2展望PAGEREF_Toc2133024HYPERLINKl_Toc26

12、126致谢PAGEREF_Toc2612625HYPERLINKl_Toc22323参考文献PAGEREF_Toc22323261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9001。在蜗杆传动中，普遍以蜗杆带动蜗轮传动，即蜗杆作为主动件蜗轮为从动件，少数情况下蜗轮也可作为主动件用来增速，如离心器中的蜗杆传动2。本文主要研究蜗杆的工艺磨削的研究。蜗杆传动的种类虽多，但他们的基本工作原理都是相同的，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

13、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3。蜗杆蜗轮机构是机械设备中的重要传动元件，它具有减速比大、结构紧凑等特点，广泛应用在各种传动装置和分度机构中，尤其是近年来随着精密机床的需求不断增多，高精度蜗杆机构的制造越来越受到重视。提高蜗杆机构的工作性能有两个重要的途径，一是采用综合机械性能好的材料

14、和必要的热处理工艺，另一个是提高制造精度，如采用磨削来提高蜗杆齿面的形状精度和表面性能。在重要应用场合的蜗杆蜗轮蜗杆机构，常需要具有修缘齿形的蜗杆，对蜗杆的磨削加工提出更高要求。成形砂轮的修整是成形磨削的重要技术之一，因此当前的高档成形磨床，都配有数控砂轮修整系统。然而在蜗杆成形磨削这一领域，尤其是对齿形修缘蜗杆的高精度磨削，国内的研究与国外相比有明显的差距4-7。1.1.1课题研究的目的本研究课题为法向直廓蜗杆磨削工艺的研究，蜗杆的应用越来越广泛，精度要求也越来越高。磨削是提高此类零件加工精度的关键，磨削用砂轮截型的精确计算是保证精度的前提。文中提出一种蜗杆磨削用砂轮截型的计算方法。利用计算

15、机图形学理论模拟蜗杆磨削的空间运动，通过空间几何的相对变换，推导砂轮的截型数据以得到砂轮的精确截型。1.1.2课题研究的意义现代工业技术对蜗轮副在承载能力，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(当然也包括加工蜗轮的蜗杆滚刀)，因此蜗杆磨削的设计和研究有着重要的实际意义。而从当今研究现状可以看出，蜗杆传动在理论和加工方面都有较为深入的研究，但大部分的的研究对象都是环面蜗杆副，如标准型双圆环面二次包络环面蜗杆传动啮合性能的研究8-10、滚锥齿超环面

16、行星蜗杆传动啮合特性分析11、平面内齿轮包络凸环面蜗杆传动啮合性能分析12等，而法向直廓蜗杆这类圆柱蜗杆的相关研究却比较少见。因此，为了今后的发展，进而提高产品质量，来研究法向直廊蜗杆的工艺磨削。目前，随着数控技术的普及，采用成型砂轮磨削圆柱蜗杆的优势越来越明显。一方面，可以提高蜗杆齿面硬度，延长蜗杆的使用寿命；另一方面，采用数控技术修型砂轮可以使蜗杆的型面精度高、质量稳定。但是，磨削用砂轮的修型质量直接决定了磨削后的蜗杆质量。1.2与本课题相关的国内外研究情况1.2.1典型蜗杆的发展关于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，当时出现了一个蜗

17、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Syrakusia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和巧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。1765年英国人Hindley首次提出弧面蜗杆传动“HourglassWormGearing”；此后经过一百多年，到1928年美国人做了重大改

18、进，逐步发展到今天,成为目前世界著名的“oneWorm”。1922年美国研制成被誉为威氏蜗杆“WildhaberWorm”的平面直齿蜗杆传动；五十年代,日本人发展了此项技术,就是面蜗杆传动“PlanaWorm”。我国自二十世纪六十年代开展了平面蜗轮副的研究工作，先后应用于转炉倾动装置、滚齿机工作台分度蜗轮副、天文望远镜分度蜗轮副等机构中。1971年首都钢铁公司机械厂制成我国首套平面包络环面蜗杆副，1977年由北京市和原冶金工业部命名为“首钢(SG)-71型蜗杆副”。至此以平面包络环面蜗杆传动后受到多方面的重视，许多高等院校和科研单位，如重庆大学、北京科技大学、郑州机械研究所等，对此做了许多研究

19、、试验和样机试做工作，同样取得了很多成果13。理论研究成就推动了平面二次包络蜗杆传动在我国的推广及应用，目前我国生产环面蜗杆副大型厂家不下于百家，年产量不低于10000台套。在引进技术和设备方面也取得了重大的成果，橡胶轮胎定性硫化机中主动件原为日本的尼曼蜗杆及美国的conedrive蜗杆，而国内生产的轮胎硫化机中则成功的使用了SG-71型蜗杆减速器将其代替，并已能够批量生产且向国外出口14。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

20、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。随着蜗杆传动的快速发展，现阶段蜗杆在结构方面的研究已经达到了瓶颈，人们开始把注意里集中于蜗杆传动的微观部分，如蜗杆传动的误差分析15、蜗杆的受力分析16以及蜗杆传动的参数化设计17等。蜗杆传动逐渐与计算机辅助设计相结合，运用软件来模拟其传动过程、加工过程等，并且能够对其虚拟模型进行人们所需要的各方面的分析18-21。通常情况下人们对蜗杆实体的研究，不仅实验的样品蜗杆副需要达到一定

21、的精度，复杂实验过程也需要花费大量的时间和精力，而蜗杆传动模型的数字化发展就良好的解决了这些问题。1.2.2蜗杆传动的发展趋势目前，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，主要发展趋势有：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。1.2.3蜗杆成型磨削的研究状况很多学者对一些常用类型蜗杆的成形磨削进行了研究。

22、韩云鹏、孟剑锋22等通过建立包含砂轮修整参数的ZK蜗杆齿面数学模型，研究砂轮直径变化对蜗杆齿形误差的影响规律，分析了其齿形误差与蜗杆头数、蜗杆模数和蜗杆直径等参数之间的关系。并根据优化设计理论，将计算出的砂轮最佳修整参数加入蜗杆方程的计算中，提出了砂轮廓形的智能化修整的原理，对ZK蜗杆磨削的砂轮智能化修整提供了重要的理论参考。蔡磊、李志23等对法向直廓蜗杆磨削运动的仿真进行了研究，在MATLAB和CATIA中建立蜗杆和砂轮的实体模型，并将模型导入到OpenGL中编程，实现了砂轮磨削蜗杆的运动仿真。文献中对法向直廓蜗杆进行了详细的建模分析，利用金刚笔对砂轮廓形修整对ZN蜗杆的磨削研究有一定的指导

23、意义，但是没有对工程中常用的修缘齿形ZN蜗杆进行讨论分析。1.2.4砂轮修整器的研究状况国产C8955铲床上的修砂轮工具,其所修整的砂轮，一般只能磨小螺旋角蜗杆，对大螺旋角蜗杆磨削，存在齿形干涉等问题无法解决，只能手工修整，用样板检查齿形，这样，不仅需技术较熟练的工人，而且质量不易保证。为此,很据英国蜗杆磨床的砂轮修整工具工作原理，制造了一个砂轮修整工其，所修整的砂轮，可对阿基米德蜗扦、齿槽法向直廓蜗杆、齿纹法向直脚蜗杆等大螺旋角蜗杆磨削，工具操作方便，容易掌握，可保证加工质量，使用效果较好。利用金刚石笔修整砂轮的方法对机床的机械系统指标要求较高，且刀具的精度不稳定，易产生修整误差。随着磨削技

24、术的发展，在成型磨削中利用金刚石轮来修整砂轮的方法越来越多地被生产厂家采纳，例如任小中、邓效忠24等利用渐开线的插补原理，研制一种利用金刚轮作为修整工具的成形砂轮修整装置，并在数控成形磨齿上完成了砂轮修整实验。1.3本课题主要研究内容课本题重点根据根据砂轮修整器的结构，研究ZN蜗杆的磨削工艺，了解蜗杆的精加工方法，对蜗杆的磨削机理进行分析与计算、依据空间齿面啮合原理建立蜗杆磨削模型，推导蜗杆加工时的砂轮的理论廓形。用蜗杆法向齿廓参数建立蜗杆螺旋面数学模型，并引入齿形修缘参数；依据蜗杆成形磨削时蜗杆齿面与砂轮回转面之间的空间啮合关系，计算成形砂轮的截形数据；依据计算数据，在数控砂轮修整器上修整砂

25、轮；用砂轮磨削蜗杆并检验。主要做以下几个方面：（1）建立蜗杆坐标系并生成蜗杆母线；（2）在蜗杆坐标系中，旋转、平移蜗杆母线生成蜗杆螺旋面方程；（3）根据砂轮和蜗杆磨削模型，建立砂轮杆坐标系和砂轮轴截型平面；（4）将蜗杆坐标系中的蜗杆螺旋面（母线所有位置的集合）变换到砂轮坐标系中；（5）将蜗杆所对应的母线沿着砂轮的旋转方向进行旋转投影；（6）将投影线进行包络，得到所需的砂轮的轴截面中的截型；（7）模型建立之后将数据导入MATLAB软件中进行分析重新计算成形砂轮截形，生成加工程序代码，之后对砂轮进行修整和蜗杆的重磨，最终实现齿形修缘ZN蜗杆的高精度磨削。2.电机选择2.1电动机选择2.1.1选择电

26、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

27、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（GB10095-88）。3材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。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

28、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

29、数K。已知使用系数根据v=7.6m/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2=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

30、-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

31、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

32、.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/T5014-2003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

33、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

34、，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

35、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

36、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

37、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

38、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

39、转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T5014-2003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

40、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

41、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

42、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

43、，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

44、”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

45、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。55-15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

46、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

47、-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(be

48、ta/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

49、”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

50、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