基于PROE小型插齿机的设计

毕业设计说明书

题 目： 基于PROE小型插齿机的设计

所属院（系）： 机 械 工 程 学 院 专业班级： ee

姓 名： ee 学 号： ee

指导教师： ee 完成地点： ee

2009 年4月19日

ee

基于PROE小型插齿机的设计

ee

（ee）

指导老师:ee

【摘 要】插齿机是齿轮专用加工设备，插齿机的结构类型也较多，在生产中广泛的使用,且齿轮的加工原理和方法是机械专业学生的主要教学内容，因此，开发插齿机的教学专用设备，并能实现齿轮加工的虚拟实验，对改进教学手段和方法具有现实意义。本设计研究的是小型教学实验用齿轮插齿机，主要内容有插齿机的传动原理与方法的拟订、传动系统的运动分析与计算、总体结构设计、三维造型与仿真和齿轮加工的虚拟实验系统的开发。

在设计过程中主要采用机械传动方式，基本上包含了各种比较典型和常用的机械传动，如：带传动、圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动和蜗轮蜗杆等。总体结构设计上采用了分离式传动，能够比较直观地反映机械加工机床的特点。机床实现了齿轮加工所需的插齿、圆周进给、径向进给等运动。虚拟实验系统的完成可以导出实验报，可以进一步的是学生了解范成的原理。

【关键词】机械传动 插齿 加工 三维仿真 实验系统

Based on PROE Small Slotting Machine Design

ee

（ee）

II

ee

Teacher: ee

Abstract : Gear slotting machine gear processing equipment, slotting machine structure

type is more also, in the production of widely used, and the gear processing principle and method of mechanical majors is the main teaching content, therefore, the development of slotting machine teaching special equipment, and can realize the processing gear virtual experiment, improve teaching means and method has practical significance. This design research is small for teaching experiment of gear slotting machine, the main content of slotting machine transmission principle and method, the transmission system to the motion analysis and calculation, the overall structural design, three-dimensional modeling and simulation and machining gear virtual experiment system development.

In the process of designing the main mechanical drive, basically contains a variety of typical and common mechanical transmission, such as: belt transmission, gears, bevel gear and worm gear. The overall structure design adopts a separable type transmission, can intuitively reflect the characteristics of mechanical processing machine tool. Machine tool gear processing required gear shaper, circumferential feed, radial feed movement. Virtual experiment system of complete can derive experimental reports, can be further is the students understand the generating principle.

Key words: Mechanical transmission Gear shaper Processing Three-dimensional

simulation The experimental system

目 录

一、概述 .............................................................. 2

1.1 本设计的目的和意义 ............................................. 2

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1.2本设计的研究内容 ............................................... 3

二、 传动装置的总体设计 ............................ 错误！未定义书签。

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

插齿机的工作原理 .............................. 错误！未定义书签。 传动系统方案的确定 ............................ 错误！未定义书签。 选择电动机类型 ................................ 错误！未定义书签。 确定传动装置的总传动比和分配传动比 ............ 错误！未定义书签。 计算主要传动装置的运动和动力参数 .............. 错误！未定义书签。

各轴转速 ................................. 错误！未定义书签。 各轴输入功率 ............................. 错误！未定义书签。 各轴输入转矩 ............................. 错误！未定义书签。

2.5.1 2.5.2 2.5.3

三、 主要传动零件的设计参数 ....................... 错误！未定义书签。

3.1 V

带设计 ....................................... 错误！未定义书签。

定V带型号和带轮直径 ..................... 错误！未定义书签。

L0内周长LN ......... 错误！未定义书签。

3.1.1

3.1.2 确定三角带的计算长度 3.1.3 确定实际中心距

A ......................... 错误！未定义书签。 1 ........................ 错误！未定义书签。

3.1.4 验算小带轮包角Α 3.1.5 3.1.6

求带根数 ................................. 错误！未定义书签。 求轴上载荷 ............................... 错误！未定义书签。

3.2 圆柱齿轮的设计 ................................ 错误！未定义书签。 3.2.1、齿轮参数的确定 .......................... 错误！未定义书签。 3.2.2、齿轮的校核 .............................. 错误！未定义书签。 3.3

圆锥齿轮的设计 ................................ 错误！未定义书签。

3.3.1、圆锥齿轮参数的确定 ...................... 错误！未定义书签。 3.3.2、接触强度、弯曲强度校核 .................. 错误！未定义书签。 3.4 蜗轮蜗杆的设计 ................................ 错误！未定义书签。 3.4.1 蜗轮蜗杆参数的确定 ...................... 错误！未定义书签。 3.4.2 蜗轮蜗杆的校核 .......................... 错误！未定义书签。 3.5 轴承的选择和校验 ............................. 错误！未定义书签。 3.5.1 轴承的选择 .............................. 错误！未定义书签。

第 IV 页 共56页

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3.5.2 轴承的验算 .............................. 错误！未定义书签。 3.6 平键的选择与校验 ............................. 错误！未定义书签。 3.6.1 平键的选择 ............................. 错误！未定义书签。 3.6.2

平键的校验 .............................. 错误！未定义书签。

四、轴的设计与校核 .................................. 错误！未定义书签。

4.1 对Ⅰ轴的结构设计与校核 ....................... 错误！未定义书签。 4.2 对Ⅱ轴的结构设计与校核 ....................... 错误！未定义书签。 4.3 对Ⅲ轴的结构设计 ............................. 错误！未定义书签。

五、机体结构设计 .................................... 错误！未定义书签。 六、插齿机的三维造型及仿真 ........................ 错误！未定义书签。

6.1 插齿机零件的PROE造型 ......................... 错误！未定义书签。 6.1.1 6.1.2

对Ⅱ轴三维造型 .......................... 错误！未定义书签。 对齿轮的三维造型 ........................ 错误！未定义书签。

6.2 插齿机的整体装配 ............................. 错误！未定义书签。 6.3

插齿机的仿真 .................................. 错误！未定义书签。

七、渐开线齿轮齿廓范成虚拟实验系统 ............... 错误！未定义书签。

7.1 齿廓范成虚拟实验系统的意义 .................. 错误！未定义书签。 7.2 渐开线齿廓范成虚拟实验的原理 ................ 错误！未定义书签。 7.3 齿廓范成实验的数学建模 ...................... 错误！未定义书签。 7.４ 实验系统 .................................... 错误！未定义书签。 7. 5 实验系统

VB源代码 ........................... 错误！未定义书签。

致 谢 ............................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ............................................. 错误！未定义书签。

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一、概述

1.1 本设计的目的和意义

齿轮是机械产品重要的基础件，齿轮传动是传递机器动力和运动的一种主要形式，它具有传动功率大、效率高、传动比准确、寿命长、安全可靠和结构紧凑等优点，广泛应用于汽车、航空、造船和军工等行业。齿轮传动正朝着高效、高精度和实现特殊传动的方向发展。为了适应上述要求和发展趋势，齿轮加工正向着数控加工方向发展，可充分发挥数控加工的精度高，质量稳定和柔性好的特点相应的，齿轮加工机床的数控化是必然趋势。插齿是一种广为采用的切齿方法 ，特别适合加工一些用滚齿加工不出来或不太适合加工的齿形，如内齿轮、多联齿轮及带内凹的各种非圆齿轮等。采用插齿加工齿轮，操作简便、效率高和精度好。因此，好的插齿机床设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的适用范围，从而使产品生产在保证精度的前提下提高效率，降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求，企业对机床的设计及制造提出了更高的要求。而现如今插齿机床制造根本不能满足现如今市场的需求，所以研究插齿机床的设计方法提高机床的性能要求迫不及待，我选择本题的目的也是从根本出发提高教学质量，从教学开始培养我们对此业的了解和涉入，为我们以后的介入打好良好的基础,而且在设计中能学习一些插齿机方面的新知识，拓宽一下自己的知识面，学习毕业论文的书写格式以及写作过程中应该注意问题，锻炼一下自己查阅资料的能力，考验自己各种专业知识的综合应用能力与此同时检验各种专业知识的学习情况。

由于齿轮在机械传动中的重要作用及其形状的复杂性，他的设计、制造水平已成为一个国家现代工业技术的标准之一，也是各国学术界和企业界关注和研究的热点所在。因此，研究插齿机加工的相关技术具有很大的理论和现实意义。对于自身而言，本次毕业设计，是对整个插齿机有了进一步的学习，也是对所学知识的回顾。完成本次毕业设计的同时会也发现自己所学知识的局限性及自己的不足之处，所以本次毕业设计可以培养自己综合应用大学几年所学的基础理论、基本技能和专业知识的能力；培养自己独立思考、解决问题的能力，正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法；培养自己的设计、计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机的应用、文字表达等基本工作实践能力，使自己初步掌握科学研究的基本方法和思路。

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1.2本设计的研究内容

本设计主要研究小型教学实验用插齿机，主要体现机械加工装备的各级传动过程及用范成法加工齿轮。其主要内容包括：

（1） 插齿机的传动原理及传动方案的拟订； （2） 传动系统的运动与动力参数的分析与计算； （3） 主要传动零件的设计； （4） 总体结构设计； （5） 插齿机的造型与仿真；

( 6 ) 开发齿轮加工的虚拟实验系统。

2.电机选择

2.1电动机选择（倒数第三页里有东东） 2.1.1选择电动机类型 2.1.2选择电动机容量

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电动机所需工作功率为： PPwd??； 工作机所需功率Pw为： PFvw?1000；

传动装置的总效率为： ???1?2?3?4；

传动滚筒 ?1?0.96 滚动轴承效率 ?2?0.96 闭式齿轮传动效率 ?3?0.97 联轴器效率 ?4?0.99 代入数值得：

???1?2?3?4?0.96?0.994?0.972?0.992?0.8

所需电动机功率为： PFv10000?40d?1000??0.8?1000?60kW?10.52kW

P?d略大于Pd 即可。

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

取滚筒直径D?500mm n60?1000vw?500??125.6r/min

1.分配传动比 （1）总传动比 i?nmn?1460?11.62 w125.6(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

i01?1.4i?4.03 则低速级的传动比 ii11.6212?i?.03?2.88

0142.1.4 电机端盖组装CAD截图

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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

p0?pd?10.52kWn0?nm?1460r/min T?9550P00n?68.81N?m02.2.2高速轴

p1?pd?4?10.41kWn1?nm?1460r/min T?9550p11n?9550?10.4111460?68.09N?m2.2.3中间轴

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p2?p1?01?p0?2?3?10.52?0.99?0.97?10.10kWn?n12i?1460014.03r/min?362.2r/minT?9550p

22n?9550?10.10?263.6N?m2362.22.2.4低速轴

p3?p2?02?p1?2?3?10.10?0.99?0.97?9.69kWn?n23i?362.2?125.76r/min 122.88T?9550p33n?9.693125.76?9550?735.8N?m2.2.5滚筒轴

p4?p3?03?p2?2?4?9.69?0.99?0.99?9.49kWn?n34i?125.76r/min 23T?9550p44n?9550?9.49?4125.76720N?m

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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。

4>选小齿轮齿数z1?24，大齿轮齿数z2?24?4.03?96.76。取z25初选螺旋角。初选螺旋角??14?

?97

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

d1t?32KtT0??1ZHZE?d??????H

3.2.1确定公式内的各计算数值

（1）试选载荷系数kt?1.61。

（2）由《机械设计》第八版图10-30选取区域系数zh?2.433。

?0.78（3）由《机械设计》第八版图10-26查得?1，??1??2?1.65。

???2?0.87，则

????（4）计算小齿轮传递的转矩。 95.5?105?p095.5?105?10.41T1??N.mm?6.8?104N.mm

n11460（5）由《机械设计》第八版表10-7 选取齿宽系数?d?1

（6）由《机械设计》第八版表10-6查得材料的弹性影响系数Ze?189.8MPa （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

?Hlim1?600MPa ；大齿轮的接触疲劳强度极限?Hlim2?500MPa 。

13计算应力循环次数。

N1?60n1jLh?60?1460?1?2?8?300?15?6.3?109

NN2?1?1.56?109

4.03（9）由《机械设计》第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数

KHN1?0.90;KHN2?0.95 。

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（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 ??H?1?KHN1?lim1?0.9?600MPa?540MPa

S??H?2?KHN2?lim2?0.95?550MPa?522.5MPa

S（11）许用接触应力

??H?1???H?2??H???531.25MPa

2（1）试算小齿轮分度圆直径d1t

3.2.2计算

?d??9.56mm

d1t?32KtT0??1ZHZE????H?316.46?104?0.862=30.7396?16.46?104=3121.738?10=4

（2）计算圆周速度v0

???d1tn160?1000???1460?49.5660?1000?3.78m/s

（3）计算齿宽及模数

mmntnt?d1t1tcos??dcos?z?49.56mm

1h=2.25mnt?2.25?2=4.5mm b?49.56/4.5=11.01 h（4）计算纵向重合度

z?149.56?cos14?49.56?0.97==2mm

2424???0.318?dztan??0.318?1?24?tan14?=20.73

1（5）计算载荷系数K。

已知使用系数KA?1,根据v= 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Kv?1.11;

由《机械设计》第八版表10-4查得K的值与齿轮的相同，故KH?Kf??1.35由《机械设计》第八版图 10-13查得

H??1.42;

由《机械设计》第八版表10-3查得KH??KH??1.4.故载荷系数

K?KAKVKH?KH??1?1.11?1.4?1.42=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

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d1?d1t3KK?49.56?3t2.2?49.56?31.375?55.11mm 1.6（7）计算模数

co?s55.11?cos14?0.97?55.11??2.22mm mn?d1?2424z13.3按齿根弯曲强度设计

由式（10-17）

mn?32KT1Y?cos?2?z1?d2?YY?FaF????Sa

3.3.1确定计算参数

（1）计算载荷系数。

K?KAKVKf?Kf??1.?11?1.4?1.35=2.09

?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

?0.88影响系数Y?

?（3）计算当量齿数。

zV1?v2z?24?24?24?26.37

cos?cos140.970.91z?97?97?106.59 ?zcos?cos140.911333233（4）查齿形系数。

?2.57;YFa2?2.18由表10-5查得YFa1

（5）查取应力校正系数。

由《机械设计》第八版表10-5查得YSa1?1.6;YSa2?1.79

?（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?380MPaFE1 ；大齿轮的弯曲强度极限 FE2；

?0.85（7）由《机械设计》第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 KFN1，KFN2?0.88；

?（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

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????F??K?F1?2K?FN1FE1SFN2??FE2S0.85500MPa?303.57MPa1.4

0.88?380?MPa?238.86MPa1.4（9）计算大、小齿轮的YFaYSa 并加以比较。

?F??YYFa1Fa2??F?Sa11?2.592?1.596?0..1363

303.57=

2.211?1.774?0.01642

238.86YY??F?Sa22由此可知大齿轮的数值大。

3.3.2设计计算

m

n?32?2.10?6.8?10?0.88?(cos14?)422242*1.65?0.01642mm?34.342?0.97mm?34.085?1.59m对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn 大于由齿面齿根弯曲疲

?劳强度计算 的法面模数，取mn2，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

d1cos??55.11?cos14??26.73?z12 mn取 z1?27 ，则z2?27?4.03?108.81 取z2?109;

3.4几何尺寸计算

??z?mza=

123.4.1计算中心距

n2cos??(27?109)?2136??140.2mm

2?cos140.97将中以距圆整为141mm.

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3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角

??arccos(z1?z2)mn(27?109)?2?arccos?arccos0.97?14.06?

2ak2?140.2因?值改变不多，故参数

??、?、ZH等不必修正。

3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径

d1mn27?21?zcos??cos14?540.97?55mmd?z2mn2cos??109?2cos14?2180.97?224mm

a?d1?d255?2242?2?139.5mm

3.4.4计算齿轮宽度

b??dd1?1?55.67?55mm

圆整后取B2?56mm;B1?61mm. 低速级

取m=3;z3?30; 由iz412?z?2.88

34?2.88?30?86.4 取dzz4?87

3?mz3?3?30?90md4?mz4?3?87?261mm

a?d3?d42?90?2612mm?175.5mm

b??dd3?1?90mm?90mm

圆整后取B4?90mm,B3?95mm

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表 1高速级齿轮： 名 代号 称 m 模数 ? 压力角 d 分度圆直径 齿顶高 ha 齿根高 齿全高 齿顶圆直径

计 算 公 式 小齿轮 2 20 大齿轮 2 20 d1?mz1=2?27=54 ?d?2?mz2=2?109=218 ha1?ha2?ham?1?2?2 ???(?)m?(1?c)?2 hf1hf2hac?hf h h1?h2?(2ha?c)m ?*da da1?(z1?2ha)m 表 2低速级齿轮： *da2?(z2?2ha)m *名 代号 称 m 模数 ? 压力角 d 分度圆直径 齿顶高 ha 齿根高 齿全高 齿顶圆直径

计 算 公 式 小齿轮 3 20 大齿轮 3 20 d1?mz1=3?27=54 ?d?2?mz2=2?109=218 ha1?ha2?ham?1?2?2 ???(?)m?(1?c)?2 hf1hf2hac?hf h h1?h2?(2ha?c)m ?*da da1?(z1?2ha)m *da2?(z2?2ha)m *

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4. 轴的设计

4.1低速轴

4.1.1求输出轴上的功率

p3转速n3和转矩T3

若取每级齿轮的传动的效率,则

p??p???10.10?0.990.97?9.69kWn?362.2?125.76r/min? n2.88ip9.69T?9550?125.76?9550?735.842N?mnp3?20212323123334.1.2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

d4?mz4?4?101?404mm

FFFt???2T3d?42?735.8?1000?3642N404?3642?tan20?0.3639?3642??1366N

cos14?0.97rFFttan?ncos?attan??3642?tan14??908N圆周力Ft ,径向力 Fr 及轴向力Fa 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》?112第八版表15-3,取A0 ,于是得

pd?Anmin033?112?339.69?112?30.077?47.64mm 125.76输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d12.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TcaKAT3, 查表考虑到转矩变化很小,故取KAN?mm?956594.6N?mm Tca?KAT3?1.3?735842??1.3 ,则:

按照计算转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003或手册,

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选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2500000N?mm .半联轴器的孔径d1?55mm ,故取 d1?2?50mm ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长

?84mm度L1.

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,l12?84mm;1)根据联轴器d12为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴

?62mm段右端需制出一轴肩,故取2-3段的直径d2?3 ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取

?84mm挡圈直径D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度L1,为了保证轴端挡圈只压在

?82mm半联轴器上而不压在轴的端面上,故1-2 段的长度应比L1 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

?62mm子轴承.参照工作要求并根据d2?3,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d?D?T=65mm?140mm?36mm，故d3?4?d6?7?65mm ；而l5?6?54.5mm,d5?6?82mm。

?70mm3）取安装齿轮处的轴段4-5段的直径d4?5 ；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

?85mm略短于轮毂宽度，故取l4?5 。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度h?0.07d ，

?82mm?60.5mm故取h=6mm ，则轴环处的直径d5?6 。轴环宽度b?1.4h ，取l5?6。

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

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l=30mm，故取l2?3低速轴的相关参数：

功率 转速 转矩 ?40.57mm

表4-1 1-2段轴长 1-2段直径 2-3段轴长 2-3段直径 3-4段轴长 3-4段直径 4-5段轴长 4-5段直径 5-6段轴长 5-6段直径 6-7段轴长 6-7段直径 p n3 T l1?2 39.69kW 125.76r/min 735.842N?m 3dldldldldl1?2 2?3 2?33?4 3?44?5 4?55?6 5?66?7 d6?784mm 50mm 40.57mm 62mm 49.5mm 65mm 85mm 70mm 60.5mm 82mm 54.5mm 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d4?5查表查得平键截面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

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

n6H7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

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p2转速n2和转矩T2

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ee

p??p???10.52?0.99?0.97?10.10kWn?1460r/min?362.2r/min?ni4.03

p10.10?9550?9550??263.6N?mT362.2np2?10102312012224.2.2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：

d3?mz3?4?35?140mm

FFFdt???2T2d?32?263.6?1000?3765N140?3765?tan20?0.3639?3765??1412N

cos14?0.97rFFttan?ncos?attan??1412?tan14??352N（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为：

?mz2?3?133?399mm

2FFFt???2T2d?22?263.6?1000?1321N399?1321?tan20?0.3639?1321??495N

cos14?0.97rFFttan?ncos?attan??495?tan14??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

A0?112 ,于是得：

pd?Anmin032?112?3210.10?112?30.027?33.6mm 362.2轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径d12。

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ee

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d1?2?35mm,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为d?D*T=35mm?72mm?18.25mm，故d1?2?d5?6?35mm，

l5?6?31.8mm；

（2）取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径d2?3?45mm

l1?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，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，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h?0.07d，故取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度b?1.4h，取l3?4?12mm。

（3）取安装高速级大齿轮的轴段4-5段的直径d4?5?45mm;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l4?5?51mm。

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d4?5查表查得平键截面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 转速 转矩 1-2段轴长 p n2 T l1?2 210.10kw 362.2r/min 263.6N?m 229.3mm 第 17 页 共56页

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1-2段直径 2-3段轴长 2-3段直径 3-4段轴长 3-4段直径 4-5段轴长 4-5段直径 d1?2 ldldld2?3 2?33?4 3?44?5 4?5 25mm 90mm 45mm 12mm 57mm 51mm 45mm 4.3高速轴

4.3.1求输出轴上的功率

p1转速n1和转矩T1

若取每级齿轮的传动的效率,则

p?p??10.41kW n?n?1460r/minp10.41?9550?9550??68.09N?mT1460n1d41m1114.3.2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

d1?mz1?3?24?72mm

FFFt???2T1d?12?68.09?1000?1891.38N72?1891.38?tan20?0.3639?1891.38??709.55N

cos14?0.97rFFttan?ncos?attan??1891.38?tan14??1891.38?0.249?470.95N4.3.3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

A?112 ,于是得：

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pd?Anmin031?112?3110.41?3?112?37.13*10?112?1.924?0.1?21.54mm 1460输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d12.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Tca?KAT1 , 查表 ,考虑到转矩变化很小,故取KA?1.3 ,则:

Tca?KAT1?1.3?68090N?mm?88517N?mm

按照计算转矩Tca 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型弹性柱销联轴器,其公称转矩为560000N?mm .半联轴器的孔径d1?30mm ,故取 d1?2?30mm ,半联轴器长度 L=82mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度L1?82mm.

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 段的直径d2?3?42mm ;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L1?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l1?2?80mm.

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=45mm*85mm*20.75mm，故d3?4?d6?7?45mm ；而l7?8?26.75mm ，l3?4?31.75mm。

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l2?3?45.81mm。

5）轴上零件的周向定位

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ee

齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按d4?5 查表查得平键截面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，

n6H7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

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 功率 转速 转矩 1-2段轴长 1-2段直径 2-3段轴长 2-3段直径 3-4段轴长 3-4段直径 4-5段轴长 4-5段直径 5-6段轴长 5-6段直径 6-7段轴长 6-7段直径 p n1 T l1?2 110.41kw 1460r/min 168.09N?m dldl1?2 2?3 2?33?4 dldldld3?44?5 4?55?6 5?66?7 6?780mm 30mm 45.81mm 42mm 45mm 31.75mm 99.5mm 48.86mm 61mm 62.29mm 26.75mm 45mm

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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” 2>在对话框中单击

“关系”选项，系统将自动弹出“关系”对话框。

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

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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d、da、db、df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

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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。

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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

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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。

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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

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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>在右工具箱单击和

图

5-21 草绘曲线图 5-22显示倒角半径

按钮打开“类型”对话框，选择“单个”单选按钮，使用

并结合绘图工具绘制如图5-21所示的二维图形。

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。

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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。

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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

图5-27绘制二维草图

按钮完成草绘的绘制。

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

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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

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“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>在绘图分度圆上的投描混合的扫引5-31示。

图5-31选取扫描引线

扫描引线 区单击选取影线作为扫线，如图

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

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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

按钮，完成轮齿的复制，生成如图6-37所示的第2个轮

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。

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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

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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，，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。

后文是被我人为屏蔽掉了，想要原版吗？小伙伴，在第2章电机选择中CAD图里找我联系方式吧

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zcg7.html