[教学]Z3040摇臂钻床主轴变速箱的三维设计

[教学]Z3040摇臂钻床主轴变速箱的三维设计 Z3040摇臂钻床主轴变速箱的三维设计 ee (ee) 指导老师:ee [摘要]在机械加工中,摇臂钻床有着广泛的应用。在各类钻床中,摇臂钻床操作方便、灵活、适应范围广,具有典型性。本设计为摇臂钻床主轴变速箱的三维设计。首先根据电机的要求,选择电机型号,确定主轴转速,绘制转速图和传动系统图,进而确定齿轮的传动路线,然后进行齿轮的设计与校核、轴的设计与校核,最后完成机床主轴变速箱的整体布局的设计以及主轴变速箱的三维设计。 [关键词]摇臂钻床,主轴变速箱,三维设计。 The three-dimensional design of Z3040 Radial Drilling spindle gearbox ee (ee ) tutor:ee Abstract: In machining, radial drilling machine has a wide range of applications. In all kinds of drilling machines, the radial drilling machine is easier to operate, more flexible, with typical characteristic. Therefore, it is widely used. The design is the three-dimensional radial drilling spindle gearbox design. First, according to the requirements of the motor, select motor type, determine the spindle speed, rendering speed and transmission diagram Figure. Then determining the gear transmission route, and then designing and vivificating gears, shafts. At the end, finalize the overall layout of the machine spindle gearbox, as well as the three-dimensional design of spindle gearbox. Keywords: Radial drilling machine, spindle gearbox, three-dimensional design. 目 录 1 绪论 ...................................................................................................... 1 1.1 摇臂钻床的简介 ............................................................................. 1 1.2 摇臂钻床的国内外发展现状及趋势 ............................................. 2 1.3 本课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 研究的主要问题、解决问题的思路和方法 ..................... 3 2 Z3040摇臂钻床的原理分析 ........................... 错误～未定义书签。 2.1 摇臂钻床的主要结构和运动形式 ................... 错误～未定义书签。 2.1.1 摇臂钻床的主要结构和主要特点 ........... 错误～未定义书签。 2.1.2 摇臂钻床的运动形式 ............................... 错误～未定义书签。 2.2 摇臂钻床的主要技术参数及功能原理图 ....... 错误～未定义书签。 2.2.1 Z3040摇臂钻床的适用范围和主要技术参数错误～未定义书签。 2.2.2摇臂钻床的运动功能原理图及传动原理图错误～未定义书签。 3 运动参数的设计及转速图的绘制 ................ 错误～未定义书签。 3.1运动参数的确定 ................................................ 错误～未定义书签。 3.1.1 主轴转速的确定 ....................................... 错误～未定义书签。 3.1.2 最高转速和最低转速的确定和变速范围的确定错误～未定义书签。 3.1.3 实际转速范围 ........................................... 错误～未定义书签。 3.1.4 选择合适的公比 ....................................... 错误～未定义书签。 3.1.5主轴转速的合理排列 ................................ 错误～未定义书签。 3.1.6 画转速图 ................................................... 错误～未定义书签。 3.1.7 画主传动系统图 ....................................... 错误～未定义书签。 4 运动参数的计算 ................................................. 错误～未定义书签。 4.1 齿轮模数的初步计算 ....................................... 错误～未定义书签。 4.1.1 模数计算 ................................................... 错误～未定义书签。 4.1.2 齿轮齿数的确定 ....................................... 错误～未定义书签。 4.1.3基本组齿轮计 ............................................ 错误～未定义书签。 4.1.4 齿轮模数的确定 ....................................... 错误～未定义书签。 4.1.5 齿轮模数的验算 ....................................... 错误～未定义书签。 4.1.6 计算主轴转速误差 ................................... 错误～未定义书签。 5 动力参数的计算 ................................................. 错误～未定义书签。 5.1各轴转速、功率、转矩的计算 ........................ 错误～未定义书签。 5.1.1各轴转速的计算 ........................................ 错误～未定义书签。 5.1.2各轴功率的计算 ........................................ 错误～未定义书签。 5.1.3各轴转矩的计算 ........................................ 错误～未定义书签。 5.2 扩大组齿轮计算 ............................................... 错误～未定义书签。 5.3 齿轮模数的验算 ............................................... 错误～未定义书签。 5.4 传动轴最小轴径的确定 ................................... 错误～未定义书签。 5.5 电动机的选择 ................................................... 错误～未定义书签。 5.6轴的校核计算 .................................................... 错误～未定义书签。 5.6.1轴的扭转强度校核计算 ............................ 错误～未定义书签。 5.6.2 轴的刚度校核计算 ................................... 错误～未定义书签。 6 三维建模 ............................................................... 错误～未定义书签。 6.1 渐开线直齿圆柱齿轮的三维建模过程 ........... 错误～未定义书签。 6.2变速箱的装配 .................................................... 错误～未定义书签。 7结 论 ..................................................................... 错误～未定义书签。 1 绪论 1.1 摇臂钻床的简介 机床的品种和规格繁多，为了便于区别、使用和管理，将各种机床都进行了分类和编制型号，分类方法也有多种。主要是按照加工的性质和所用的刀具进行分类。根据国家规定的机床型号的编制方法，目前将机床分为12大类:车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床及其他机床。在每一类机床中，又可以按照工艺范围和结构等等，可以分为若干组，每一组又可以分为若干系列。如钻床又包括:坐标镗钻床、深孔钻床、摇臂钻床、台式钻床、立式钻床、卧式钻床、中心孔钻床及其他钻床。在上述的基本分类方法的基础上，还可以根据机床的其他特征进一步进行分类。同类型机床按照应用范围(通用性程度)，可以分为通用机床、专门化机床和专用机床三大类。其中通用机床是可以加工多种工件，完成多种多样工序且加工范围较广的机床，如卧式车床、摇臂钻床等等。 也可以称为横臂钻。主轴箱可在摇臂上左右移动，并随摇臂绕立柱回转摇臂钻床, 的钻床。摇臂还可沿外立柱上下升降，以适应加工不同高度的工件。较小的工件可安装在工作台上，较大的工件可直接放在机床底座或地面。摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。内立柱固定在底座的一端，在他的外面套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转360度。摇臂的一端为套筒，它套装在外立柱做上下移动。由于丝杆与外立柱连成一体，而升降螺母固定在摇臂上，因此摇臂不能绕外立柱转动，只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是一个复合部件，由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给机构、变速机构、机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可以通过手轮操作，使其在水平导轨上沿摇臂移动。 摇臂钻床的主要类型有滑座式和万向式两种。滑座式摇臂钻床是将基型摇臂钻床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身导轨移动，以扩大加工范围，适用于锅炉、桥梁、机车车辆和造船等行业。万向摇臂钻床的摇臂除可做垂直和回转运动外，也可作水平移动，主轴箱可在摇臂上做倾斜调整，以适应工件各部位的加工。此外，还有车式、壁式和数字控制摇臂钻床等。 摇臂钻床适用于加工中、小型零件。它可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹等工作，当给它增加某些工艺设备时，它还可以进行镗孔。该机床主轴转速和进给量变换采 用液压预选变速机构;主轴箱、摇臂、内外立柱夹紧是采用液压-菱形块夹紧机构，夹紧力大，夹紧前后主轴偏心量小;摇臂升降有保险螺母和电器保险机构;进给有钢珠安全离合器等保护装置。该机床应用比较广泛，贴近实际生活。 1.2 摇臂钻床的国内外发展现状及趋势 目前国内摇臂钻床的发展现状:国内摇臂钻床生产厂家有许多家，但是在这个行业做的较好的厂家不是很多。其中沈阳机床股份有限公司中捷摇臂钻床厂的产品国内市场占有率高达70%，出口产品遍及中东、北美、西欧等86个国家和地区。进入市场经济后，国内机床行业竞争日趋激烈，与中捷摇臂钻床厂生产相同型号产品的企业有40多家，中捷摇臂钻床厂领先优势受到挑战。为了应对挑战，中捷摇臂钻床厂在产品卖的比较好的时候，提出了进行跨越产品结构调整。第一，用先进技术改造传统产品。如普通摇臂钻床实现了五轴联动，价格由几万元上升到几十万元，达到中国摇臂钻床最高水平。第二，向国际先进水平靠拢，不断扩大产品领先优势。第三，ZK系列、桥式和动桥系列产品，十几项技术居国内领先地位。第四，ZK3050获得自主知识产权，并成为国家重点新产品:Z3580A万向摇臂钻，在任何空间、任意方向、任意位置上实现钻削功能，不仅填补了国内空白，在国外也不多见。在国际著名的芝加哥机床展览会上，中捷摇臂钻床厂参展产品被一位美籍华裔相中并当场买走。德国、意大利、希腊、瑞典、伊朗等国家和地区纷纷提出做中捷牌摇臂钻的代理经销商。在上海轨迹机床展览会上，沈阳机床股份有限公司参展的数控铣床，同时被国内三家企业看好。 目前国外摇臂钻床的发展现状:美、德、日三国是当今在数控钻床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，其数控技术各有特点。美国政府重视钻床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出钻床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费，网罗世界人才，重视“效率”和“创新”，注重基础科研。因而在钻床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控钻床、1958年研制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大批量生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控钻床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控钻床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控钻床，其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控钻床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本 超过，并大量进口。从90年代起，美国纠正过去偏向，数控钻床技术转向实用，产量又逐渐上升。 德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植下，于1956年研制出第一台数控钻床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控钻床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控钻床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界，尤其是精密数控钻床。德国特别重视数控钻床主机及配套件的制作加工，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。 摇臂钻床和大多数机床一样将向数控自动化、机电一体化和智能化方向发展。摇臂钻床未来的发展趋势是:应用电子计算机技术，简化机械结构，提高和扩大自动化工作的功能，使机床适应于纳入柔性制造系统工作;提高功率主运动和进给运动的速度，相应提高结构的动、静刚度以适应采用新型刀具的需要，提高切削效率;提高加工精度并发展超精密加工机床，以适应电子机械、航天等新兴工业的需要。 1.3 本课题研究的主要问题、解决问题的思路和方法 本课题研究的主要问题:就目前的资料查阅结果发现，原有旧型摇臂钻床在实际生产使用过程中存在的缺点和不足，然后针对其缺点与不足进行变速箱改进设计，以达到改善、提高其使用性能。在设计过程中，充分考虑现有生产条件以及材料，重点研究问题有:变速箱的结构设计、传动系统的设计、传动连接设计、装备图的绘制、设计后变速箱的可行性、实用性以及它的经济性。 本课题将要解决问题的思路和方法有:了解并熟悉摇臂钻床的工作原理及其结构组成;分析Z3040型摇臂钻床主轴变速箱的结构特点，熟悉其设计的要点和技术指标;基于Pro/E对Z3040型摇臂钻床主轴变速箱进行三维虚拟设计。 设计方案: ?首先选择传动方案。由于齿轮传动效率高结构紧凑，故选择齿轮来作为传动部件; ?设计计算主轴变速箱的主要零部件，对主要零部件进行强度、刚度校核; ?利用Pro/E软件对主轴变速箱的传动过程进行三维模拟。 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: PwP,d; , 工作机所需功率为: Pw FvP,; w1000 传动装置的总效率为: ; ,,,,,,1234 传动滚筒 ,,0.961 滚动轴承效率 ,,0.962 闭式齿轮传动效率 ,,0.973 联轴器效率 ,,0.994 代入数值得: 422 ,,,,,,,0.96，0.99，0.97，0.99,0.81234 所需电动机功率为: Fv10000，40 P,,kW,10.52kWd,10000.8，1000，60 P略大于P 即可。 ,dd 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 D,500mm取滚筒直径 60，1000vn,,125.6r/min w,500 1.分配传动比 (1)总传动比 n1460mi,,,11.62 n125.6w (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 i,1.4i,4.0301 则低速级的传动比 i11.62 i,,,2.8812i4.0301 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 ,,10.52kWpp0d ,,1460r/minnn0m P0,9550,68.81N,mT0n0 2.2.2高速轴 ,,10.41kWpp,41d ,,1460r/min nn1m p10.411,9550,9550，,68.09N,mT11460n1 2.2.3中间轴 ,,,10.52，0.99，0.97,10.10kWppp,,,0123210 1460n1,,r/min,362.2r/minn24.03i01 p10.102,9550,9550，,263.6N,mT2362.2n2 2.2.4低速轴 ,,,10.10，0.99，0.97,9.69kWppp,,,0223321 362.2n2,,,125.76r/min n32.88i12 p9.693,9550,，9550,735.8N,mT3125.76n3 2.2.5滚筒轴 ,,,9.69，0.99，0.99,9.49kWppp,,,0324432 n3,,125.76r/min n4i23 p9.494,9550,9550，,720N,mT4125.76n4 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。 ,97z24>选小齿轮齿数，大齿轮齿数。取z,24z,24，4.03,96.7612 ,,14:5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 ,2KTZZ，1t0HE3d, t1,,,,,,Hd, 3.2.1确定公式内的各计算数值 (1)试选载荷系数1。 k,1.6t (2)由《机械设计》第八版图10-30选取区域系数。z,2.433h ,0.78,0.87,,,1,2(3)由《机械设计》第八版图10-26查得，，则 ,，,1.65,,,,,1,2。 (4)计算小齿轮传递的转矩。 5595.5，10，p95.5，10，10.4140T,,N.mm,6.8，10N.mm 1n14601 ,,1(5)由《机械设计》第八版表10-7 选取齿宽系数 d Z,189.8MPa(6)由《机械设计》第八版表10-6查得材料的弹性影响系数e (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,,600MPa,,500MPa ;大齿轮的接触疲劳强度极限 。Hlim1Hlim2 13计算应力循环次数。 9 N,60njL,60，1460，1，2，8，300，15,6.3，10h11 N91N,,1.56，10 24.03 (9)由《机械设计》第八版图(10-19)取接触疲劳寿命系数 ; 。 K,0.90K,0.95HN1HN2 (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 K,HN1lim1,,,,0.9，600MPa,540MPa ,H1S K,HN2lim2,,,,0.95，550MPa,522.5MPa ,H2S (11)许用接触应力 ，,,,,,,HH12,,,,531.25MPa ,H2 3.2.2计算 d1t(1)试算小齿轮分度圆直径 2KT,，1ZZ424333t0HE121.738，1016.46，10，0.86=0.7396，16.46，10==43d,,1t,,,,,,,dH 9.56mm v0(2)计算圆周速度 ,，1460，49.56,dn1t1,,,3.78m/s ,60，100060，1000 (3)计算齿宽及模数 cos,d1t,,mm49.56 mnt z1 cos,49.56，0.9749.56，cos14:d1t,,==2mm mnt2424z1 m,h=2.252.252=4.5mm ，nt b,49.56/4.5=11.01 h (4)计算纵向重合度 ,0.318tan,,14:0.318124tan=20.73 ，，，,,z1,d (5)计算载荷系数K。 ,1,KA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 ,1.11;Kv得动载系数 ,1.42;KH,KH,由《机械设计》第八版表10-4查得的值与齿轮的相同，故 K,1.35f,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K,K,1.4H,H, 11.111.41.42=2.2 K,KKKK,，，，AVH,H, (6)按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式(10-10a)得 2.2K3349.56，,49.56，1.375,55.11mm ,,3dd11t1.6Kt (7)计算模数 cos,55.11，cos14:0.97，55.11d1 ,,2.22mm ,,mn2424z1 3.3按齿根弯曲强度设计 由式(10-17) 22K,,,cosTY1YYFaSa ,,3m2n,,,F,,,z1d 3.3.1确定计算参数 (1)计算载荷系数。 1.，11，1.4，1.35K,KKKK, =2.09 AVf,f, ,1.903,,(2)根据纵向重合度 ，从《机械设计》第八版图10-28查得螺旋角 ,0.88Y,影响系数 (3)计算当量齿数。 242424z1,,,,,26.37 z333V10.91,14coscos0.97 9797z2,,,,106.59 z33v20.91,14coscos (4)查齿形系数。 ,2.57;,2.18YYFa1Fa2由表10-5查得 (5)查取应力校正系数。 ,1.6;,1.79YYSa1Sa2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 ,500MPa,380MPa,,FE1FE2 ;大齿轮的弯曲强度极限 ; ,0.85KFN1(7)由《机械设计》第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ，,0.88KFN2; )计算弯曲疲劳许用应力。 (8 取弯曲疲劳安全系数S,1.4,由《机械设计》第八版式(10-12)得 0.85500,KFN1FE1,,MPa,303.57MPa,,,F1S1.4 0.88，380,KFN2FE2,,MPa,238.86MPa,,,F2S1.4 YYFaSa(9)计算大、小齿轮的 并加以比较。 ,,,F 2.592，1.596YY11FaSa,,0..1363 303.57,,,F1 2.211，1.774YYFa2Sa2,0.01642= 238.86,,,F2 由此可知大齿轮的数值大。 3.3.2设计计算 242，2.10，6.8，，0.88，(cos14):210333,，0.01642mm,4.342，mm,4.085,1.59mmm0.972n*1.6524 mn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 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 ,cos55.11，cos14:d1,,,26.73z12 mn ,27,109;zz12,27，4.03,108.81取 ，则 取 z2 3.4几何尺寸计算 3.4.1计算中心距 ，，，(27，109)，2136mzz12na= ,,,140.2mm,2cos2，cos140.97 将中以距圆整为141mm. 3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角 (，)(27，109)，2mzz12n ,,arccos,arccos,arccos0.97,14.06:a22，140.2 ,k,,ZH,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 27，254mz1n,,,,55mmd1,coscos140.97 109，2218mz2n ,,,,224mmd2,coscos140.97 ，55，224dd12 a,,,139.5mm22 3.4.4计算齿轮宽度 b,,1，55.67,55mm ,d1d 圆整后取. ,56mm;,61mmBB21 低速级 ,30;取m=3; z3 z4,,2.88由 i12z3 ,，,2.883086.4,87 取 zz44 ,m,3，30,90mdz33 ,m,3，87,261mmdz44 ，90，261dd34a,,mm,175.5mm 22 b,,1，90mm,90mm ,d3d ,90mm,,95mm圆整后取 BB43 表 1高速级齿轮: 名,称 代号 计 算 公 式 , 小齿轮 大齿轮 m 2 2 模数 20 20 ,压力角 d 分度圆=227=54 =2109=218 ,m,m，，ddzz1212直径 ,齿顶高 ,,m,1，2,2 hhhhaa1a2a ,,,齿根高 ,,(，)m,(1，c)，2hfhhhcf1f2a ,*h 齿全高 ,(2，)m h,hhca12 **齿顶圆 ,，(2)m,(，2)m ddhdhazzaaaa1212直径 表 2低速级齿轮: 名,称 代号 计 算 公 式 , 小齿轮 大齿轮 m 3 3 模数 20 20 ,压力角 d 分度圆,m=327=54 ,m=2109=218 ，，ddzz1212直径 ,齿顶高 ,,,，,m122 hhhhaaaa12 ,,,齿根高 ,,(，)m,(1，c)，2 hfhhhcf1f2a ,*h 齿全高 ,(2，)m h,hhca12 **齿顶圆 ,，(2)m,(，2)m ddhdhazzaaaa1212直径 4. 轴的设计 4.1低速轴 p3nT334.1.1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 ,,,10.10，0.990.97,9.69kWppp,,,0223321 362.2n2,,,125.76r/min n32.88i12 p9.693,9550,，9550,735.842N,mT3125.76n3 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 ,m,4，101,404mm dz44 22，735.8，1000T3,,,3642NFt404d4 tantan20:0.3639,n ,,3642，,3642，,1366NFFrt,coscos14:0.97 ,tan,,3642，tan14:,908NFFat FFFtra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》 ,112A0第八版表15-3,取 ,于是得 p9.693333,,112，,112，0.077,47.64mmdA0min 125.76n3 d12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. ,1.3,KTKTAcaA3联轴器的计算转矩, 查表考虑到转矩变化很小,故取 ,则: ,,1.3，735842N,mm,956594.6N,mm TKTcaA3 Tca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, N,mm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,55mm,50mmdd11,2 ,故取 ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长,84mmL1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 ,50mm,,84mm;dl12121)根据联轴器为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴 ,62mmd2,3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 ,84mmL1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 ,82mmlL11,2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 ,62mmd2,3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，，，，,,65mm,54.5mm,,82mmddld3,46,75,65,6 ;而。 ,70mmd4,53)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 ,85mmh,0.07dl4,5略短于轮毂宽度，故取 。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度 ， ,82mm,60.5mmb,1.4hdl5,65,6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 ,40.57mml2,3l=30mm，故取 低速轴的相关参数: 表4-1 9.69kW 功率 p3 125.76r/min 转速 n3 转矩 735.842N,m T3 84mm 1-2段轴长 l1,2 50mm 1-2段直径 d1,2 40.57mm 2-3段轴长 l2,3 62mm 2-3段直径 d2,3 49.5mm 3-4段轴长 l3,4 65mm 3-4段直径 d3,4 85mm 4-5段轴长 l4,5 70mm 4-5段直径 d4,5 60.5mm 5-6段轴长 l5,6 82mm 5-6段直径 d5,6 54.5mm 6-7段轴长 l6,7 65mm 6-7段直径 d6,7 (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d4,5 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， H7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n6 H7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，，k6 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 pnT222 ,,,10.52，0.99，0.97,10.10kWppp,,,0123210 1460n1,,r/min,362.2r/minn24.03i01 p10.102,9550,9550，,263.6N,mT2362.2n2 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: ,m,4，35,140mm dz33 22，263.6，1000T2,,,3765NFt140d3 tantan20:0.3639,n ,,3765，,3765，,1412NFFrt,coscos14:0.97,tan,,1412，tan14:,352NFFat (2)因已知高速级大齿轮的分度圆直径为: ,m,3，133,399mm dz22 22，263.6，1000T2,,,1321NFt399d2 tantan20:0.3639,n ,,1321，,1321，,495NFFrt,coscos14:0.97 ,tan,,495，tan14:,123NFFat 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 ,112 ,于是得: A0 p10.103233,,112，,112，0.027,33.6mmdA0min 362.2n2 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. (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,35mm,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d1,2 单列圆锥滚子轴承。其尺寸为dD*T=35mm72mm18.25mm，故,,35mm，，，，dd1,25,6 ,31.8mm; l5,6 )取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径,45mm ,29.8mm ;齿(2dl2,31,2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 ,90mm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l2,3 h,0.07db,1.4h定位，轴肩高度，故取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度，取 ,12mm。 l3,4 ,45mm;(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d4,5 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， ,51mm此轴段应略短于轮毂宽度，故取。 l4,5 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d4,5 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 10.10kw 功率 p2 362.2r/min 转速 n2 转矩 N,m263.6 T2 29.3mm 1-2段轴长 l1,2 25mm 1-2段直径 d1,2 90mm 2-3段轴长 l2,3 45mm 2-3段直径 d2,3 12mm 3-4段轴长 l3,4 57mm 3-4段直径 d3,4 51mm 4-5段轴长 l4,5 45mm 4-5段直径 d4,5 4.3高速轴 pn1T114.3.1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 ,,10.41kWpp,41d ,,1460r/minnn1m p10.411,9550,9550，,68.09N,mT11460n1 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 ,m,3，24,72mm dz11 22，68.09,1000T1,,,1891.38NFt72d1 tantan20:0.3639,n,,1891.38，,1891.38，,709.55N FFrt,coscos14:0.97 ,tan,,1891.38，tan14:,1891.38，0.249,470.95NFFat 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 ,112 ,于是得: A0 p10.41,31333,,112，,112，7.13*,112，1.924，0.1,21.54mmd10A0min 1460n1 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 ,,1.3TKTKcaA1A则: ,,1.3，68090N,mm,88517N,mmTKTcaA1 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 N,mm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,30mm,30mmdd11,2 度. ,82mmL1 4.4轴的结构设计 4.4.1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 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 ,42mm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d2,3 ,82mm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L1 ,80mm上,故 段的长度应比 略短一些,现取. l1,2 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 ,42mm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d2,3 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 ,,45mm,26.75mm,31.75 ;而 ，mm。 ddll3,46,77,83,4 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 ,45.81mml=30mm，故取。 l2,3 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d4,5 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 H7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，n6 H7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，，k6 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 10.41kw 功率 p1 1460r/min 转速 n1 转矩 68.09N,m T1 80mm 1-2段轴长 l1,2 30mm 1-2段直径 d1,2 45.81mm 2-3段轴长 l2,3 42mm 2-3段直径 d2,3 45mm 3-4段轴长 l3,4 31.75mm 3-4段直径 d3,4 99.5mm 4-5段轴长 l4,5 48.86mm 4-5段直径 d4,5 61mm 5-6段轴长 l5,6 62.29mm 5-6段直径 d5,6 26.75mm 6-7段轴长 l6,7 45mm 6-7段直径 d6,7 5.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。 5-3输入齿轮参数 图 (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。 dd2>双击草绘基本圆的直径尺寸，将它的尺寸分别修改为、d、d、修改的结fab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 -18所示。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 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 -21 草绘曲线图 5-22显示倒角半径5 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(beta/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”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老师的悉心指导下完成的。e老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，后文是被我人为屏蔽掉了，想要原版吗,小伙伴，在第2章电机选择CAD图里找我联系方式吧，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。 在此，谨向e老师表示崇高的敬意和衷心的感谢～ 本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。感谢CAD培训中心老师的指导和帮助。 参考文献 [1]王定.矿用小绞车[M].北京:煤炭工业出版社,1981. 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