BWD型擺線針輪減速器設計及虛擬裝配研究【說明書+CAD+PROE】
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河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文緒 論 擺線針輪行星傳動屬于K-H-V型的一種比較新型的傳動。它與漸開線少齒差行星傳動的區(qū)別，在于嚙合齒廓的不同，它是一種以針齒齒輪與擺線齒輪為共軛齒廓的內嚙合行星傳動。這種傳動形式，國外是在30年代出現的，我國在60年代已開始生產這種減速器。自20世紀60年代以來，我國先后制訂了JB1130-70圓柱齒輪減速器等一批通用減速器的標淮，除主機廠自制配套使用外，還形成了一批減速器專業(yè)生產廠。目前，全國生產減速器的企業(yè)有數百家，年產通用減速器25萬臺左右，對發(fā)展我國的機械產品做出了貢獻。20世紀60年代的減速器大多是參照蘇聯(lián)20世紀40-50年代的技術制造的，后來雖有所發(fā)展，但限于當時的設計、工藝水平及裝備條件，其總體水平與國際水平有較大差距。改革開放以來，我國引進一批先進加工裝備，通過引進、消化、吸收國外先進技術和科研攻關，逐步掌握了各種高速和低 速重載齒輪裝置的設計制造技術。材料和熱處理質量及齒輪加工精度均有較大提高，通用圓柱齒輪的制造精度可從JB179-60的8-9級提高到GB10095-88的6級，高速齒輪的制造精度可穩(wěn)定在4-5級。部分減速器采用硬齒面后，體積和質量明顯減小，承載能力、使用壽命、傳動效率有了較大的提高，對節(jié)能和提高主機的總體水平起到很大的作用。我國自行設計制造的高速齒輪減(增)速器的功率已達42000kW ，齒輪圓周速度達150m/s以上。但是，我國大多數減速器的技術水平還不高，老產品不可能立即被取代，新老產品并存過渡會經歷一段較長的時間。通用減速器的發(fā)展趨勢如下：高水平、高性能。圓柱齒輪普遍采用滲碳淬火、磨齒，承載能力提高4倍以上，體積小、重量輕、噪聲低、效率高、可靠性高。積木式組合設計。基本參數采用優(yōu)先數，尺寸規(guī)格整齊，零件通用性和互換性強，系列容易擴充和花樣翻新，利于組織批量生產和降低成本。型式多樣化，變型設計多。擺脫了傳統(tǒng)的單一的底座安裝方式，增添了空心軸懸掛式、浮動支承底座、電動機與減速器一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式，擴大使用范圍。 促使減速器水平提高的主要因素有：理論知識的日趨完善，更接近實際(如齒輪強度計算方法、修形技術、變形計算、優(yōu)化設計方法、齒根圓滑過渡、新結構等)。采用好的材料，普遍采用各種優(yōu)質合金鋼鍛件，材料和熱處理質量控制水平提高。結構設計更合理。加工精度提高到ISO5-6級。軸承質量和壽命提高。潤滑油質量提高?，F有的各類減速器多存在著消耗材料和能源較多，對于大傳動比的減速器，該問題更為突出。由于減速裝置在各部門中使用廣泛，因此，人們都十分重視研究這個基礎部件。不論在減小體積、減輕重量、提高效率、改善工藝、延長使用壽命和提高承載能力以及降低成本等等方面，有所改進的話，都將會促進資源(包括人力、材料和動力)的節(jié)省。 可以預見，新型減速器在國內外市場中的潛力是很大的，特別是我國超大型減速器(如水泥生產行業(yè)，冶金，礦山行業(yè)都需要超大型減速器)大多依靠進口，而本減速器的一個巨大優(yōu)勢就是可以做超大型的減速器，完全可以填補國內市場的空白，并將具有較大的經濟效益和社會效益。第一章 減速器的工作原理、特點、功能 1.1 工作原理 在輸入軸上裝有一個錯位180的雙偏心套，在偏心套上裝有兩個稱為轉臂的滾柱軸承，形成H機構、兩個擺線輪的中心孔即為偏心套上轉臂軸承的滾道，并由擺線輪與針齒輪上一組環(huán)形排列的針齒相嚙合，以組成齒差為一齒的內嚙合減速機構，（為了減小摩擦，在速比小的減速機中，針齒上帶有針齒套）。 當輸入軸帶著偏心套轉動一周時，由于擺線輪上齒廓曲線的特點及其受針齒輪上針齒限制之故，擺線輪的運動成為既有公轉又有自轉的平面運動，在輸入軸正轉周時，偏心套亦轉動一周，擺線輪于相反方向轉過一個齒從而得到減速，再借助W輸出機構，將擺線輪的低速自轉運動通過銷軸，傳遞給輸出軸，從而獲得較低的輸出轉速。1.2 特點a) 體積小、重量輕由于采用了行星傳動結構與緊湊的W輸出機構，使整個擺線針輪減速器裝置結構十分緊湊，因此縮小了體積，減輕了重量，與同功率的定軸輪系圖同減速器相比，擺線針減速器的體積可減小1/22/3；重量約減輕1/31/2.b) 傳動比范圍大。單級傳動為6119,兩級傳動比為1217569；三級傳動比可達658503c) 效率高。一般單級效率為0.90.95.d) 運行平穩(wěn)，噪聲低 擺線針齒嚙合齒數較多，重迭系數大以及具有機械平衡的原理，使振動和噪聲限制在最小程度。e) 使用可靠，壽命長由于擺線針輪行星減速器裝置是多齒嚙合，每個齒的承載相應減小，并且使部分滑動摩擦改善為滾動摩擦，有加上制造精度高，因此使用壽命比一般的減速裝置提高12倍。 1.3 功能減速器是一種動力傳達機構，將電動機輸出的較高轉速通過直徑、模數不同的齒輪傳動，將回轉數減速到所需要的回轉數，并得到較大轉矩的機構。減速器用來降低轉速增大扭矩和降低負載/電機的轉動慣量比。第二章Pro/e簡介 1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。經過10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經成為三維建模軟件的領頭羊。目前已經發(fā)布了Pro/ENGINEER2000i2。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設計和機械設計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產品數據管理等等。Pro/ENGINEER還提供了目前所能達到的最全面、集成最緊密的產品開發(fā)環(huán)境。下面就Pro/ENGINEER的特點及主要模塊進行簡單的介紹。 ProEngineer Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造型棚完整工程圖產生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉）。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設計專用功能來實現，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復雜的幾何設計方式。這系統(tǒng)的參數比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關系，任何一個參數改變，其也相關的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設計優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些支持Postscript格式的彩色打印機。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標準數據交換格式來實現，用戶更可配上 Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語言編程，以增強軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下(沒有任何附加模塊)具有大部分的設計能力，組裝能力(人工)和工程制圖能力(不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS標準)，并且支持符合工業(yè)標準的繪圖儀(HP，HPGL)和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下：1） 特征驅動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）；2） 參數化（參數=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； 3） 通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數之間（如表面積等）的關系來進行設計。4） 支持大型、復雜組合件的設計(規(guī)則排列的系列組件，交替排列，ProPROGRAM的各種能用零件設計的程序化方法等)。5） 貫穿所有應用的完全相關性(任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動)。其它輔助模塊將進一步提高擴展 ProENGINEER的基本功能。ProDETAIL Pro/ENGINEER提供了一個很寬的生成工程圖的能力，包括：自動尺寸標注、參數特征生成，全尺寸修飾，自動生成投影面，輔助面，截面和局部視圖，Pro/DETAIL擴展了Pro/ENGINEER這些基本功能，允許直接從Pro/ENGINEER的實體造型產品。第三章 擺線針輪減速器傳動理論與設計方法3.1 擺線針輪減速器的傳動原理與結構特點3.1.1 擺線針輪行星傳動的傳動原理圖所示為擺線針輪行星傳動示意圖。其中為針輪，為擺線行星輪，H為系桿，V為輸出軸。運動由系桿H輸入，通過W機構由V軸輸出。同漸開線一齒差行星傳動一樣，擺線針輪傳動也是一種KHV型一齒差行星傳動。兩者的區(qū)別在于：擺線針輪傳動中，行星輪的齒廓曲線不是漸開線，而是變態(tài)擺線，中心內齒采用了針齒，以稱針輪，擺線針輪傳動因此而得名。同漸開線少齒差行星傳動一樣，其傳動比為.圖31 擺線針輪減速器原理圖 由于1，故，“”表示輸出與輸入轉向相反，即利用擺線針輪行星傳動可獲得大傳動比。3.1.2 擺線針輪減速器的結構特點 它主要由四部分組成：（1） 行星架H，又稱轉臂，由輸入軸10和偏心輪9組成，偏心輪在兩個偏心方向互成。（2） 行星輪C，即擺線輪6，其齒廓通常為短幅外擺線的內側等距曲線.為使輸入軸達到靜平衡和提高承載能力,通采用兩個相同的奇數齒擺線輪,裝在雙偏心套上,兩位置錯開,擺線輪和偏心套之間裝有滾動軸承,稱為轉臂軸承,通常采用無外座圈的滾子軸承,而以擺線輪的內表面直接作為滾道。近幾年來,優(yōu)化設計的結構常將偏心套與軸承做成一個整體,稱為整體式雙偏心軸承。(3) 中心輪b,又稱針輪,由針齒殼3上沿針齒中心圓圓周上均布一組針齒銷5(通常針齒銷上還裝有針套7)組成。(4)輸出機構W, 與漸開線少齒差行星齒輪傳動一樣,通常采用銷軸式輸出機構。圖32 擺線針輪減速器基本結構圖 1.輸出軸 2.機座 3.針齒殼 4.針齒套 5.針齒銷 6.擺線輪 7.銷軸套 8.銷軸 9.偏心輪 10.主動軸圖32為擺線針輪傳動的典型結構3.1.3 擺線針輪傳動的嚙合原理為了準確描述擺線形成及其分類,我們引進圓的內域和圓的外域這一概念。所謂圓的內域是指圓弧線包容的內部范圍,而圓的外域是包容區(qū)域以外的范圍。按照上述對內域外域的劃分,則外擺線的定義如下:外擺線:滾圓在基圓外域與基圓相切并沿基圓作純滾動,滾圓上定點的軌跡是外擺線。外切外擺線:滾圓在基圓外域與基圓外切形成的外擺線(此時基圓也在滾圓的外域)。內切外擺線:滾圓在基圓外域與基圓內切形成的外擺線(此時基圓在滾圓的內域)。短幅外擺線:外切外擺線形成過程中,滾圓內域上與滾圓相對固定的某點的軌跡;或內切外擺線形成過程中,滾圓外域上與滾圓相對固定的某點的軌跡。長幅外擺線:與短幅外擺線相反,對外切外擺線而言相對固定的某點在滾圓的外域;對內切外擺線而言相對固定的某點在滾圓的內域。短幅外擺線與長幅外擺線通稱為變幅外擺線。變幅外擺線變幅的程度用變幅系數來描述,分別稱之為短幅系數或長幅系數。外切外擺線的變幅系數定義為擺桿長度與滾圓半徑的比值。所謂擺桿長度是指滾圓內域或滾圓外域上某相對固定的定點至滾圓圓心的距離。 （3.11）式中變幅系數。a外切外擺線擺桿長度外切外擺線滾圓半徑對于內切外擺線而言,變幅系數則相反,它表示為滾圓半徑與擺桿長度的比值。 （3.12）式中K1變幅系數r2內切外擺線滾圓半徑A內切外擺線擺桿長度根據變幅系數K1值的不同范圍,將外擺線劃分為3類:短幅外擺線0K11。變幅外切外擺線與變幅內切外擺線在一定的條件下完全等同。這個等同的條件是,內切外擺線滾圓與基圓的中心距等于外切外擺線的擺桿長度a,相應地外切外擺線滾圓與基圓的中心距等于內切外擺線的擺桿長度A。根據這一等同條件,就可以由外切外擺線的有關參數推算出等同的內切外擺線的對應參數。它們的參數關系參看圖33。令短幅外切外擺線基圓半徑代號為r1,滾圓半徑為r2,短幅系數為K1,則外切外擺線的擺桿長度和中心距可分別表示如下(長幅外擺線的表示形式完全相同):根據式(1),擺桿長度a=K1r2;根據等同條件,中心距A=r1+r2。按等同條件,上述A又是內切外擺線的擺桿長度,故推算出內外擺線的滾圓半徑為r2=k1A;內切外擺線的基圓半徑為 兩種外擺線的參數換算關系歸納如表31表31參 數 名 稱主 要 參 數 代 號變幅外切外擺線變幅內切外擺線基圓半徑滾圓半徑滾圓與基圓中心距Aa擺桿長度aA 根據上述結果,很容易推導出等同的兩種外擺線基圓半徑的相互關系為 （3.13）短幅外擺線以基圓圓心為原點,以兩種外擺線的中心距和短幅系數為已知參數,以滾圓轉角為變量的參數方程建立如下：在以后的敘述中將滾圓轉角律記為,并稱之為相位角。（1）直角坐標參數方程根據圖1,擺線上任意點的坐標為圖33 短幅外擺線原理圖根據純滾動原理可知，故，又，于是有， ， 將與的結果代入上述方程, （3.14） （3.15）式(3.14)與式(3.15)是變幅外擺線通用直角坐標參數方程。若令上兩式中的K1=1,即可得標準外擺線的參數方程。對于外切外擺線,式中的A=r1+r2,a=r2。對于內切外擺線,式中的A=r2,A=r2-r1。為了與直角坐標表示的曲線相一致,將Y軸規(guī)定為極軸,將極角沿順時針方向的角度規(guī)定為正方向,方程表述如下(參看圖33)： （3.16） （3.17）同理,K1=1時,變幅外擺線通用極坐標參數方程變?yōu)闃藴释鈹[線極坐標方程,參數a和A的變換同上。當動圓繞基圓順時針方向作純滾動時，每滾過動圓的周長2時，動圓上的一點B在基圓上就形成一整條外擺線。動圓的周長比基圓的周長長p=2-，當圓上的B點在動圓滾過周長再次與圓接觸時，應是在圓上的另一點，而，這也就是擺線輪基圓上的一個基節(jié)p，即 （3.18）由此可得擺線輪的齒數為 （3.19）針輪齒數為 （3.110）3.1.4 擺線輪的齒廓曲線與齒廓方程由上一節(jié)分析，選擇擺線輪的幾何中心作為原點，通過原點并與擺線輪齒槽對稱軸重合的軸線作為軸，見圖3-4，針齒中心圓半徑為，針齒套外圓半徑為 。圖3-4 擺線輪參數方程圖則擺線輪的直角坐標參數方程式如下： （3.111）實際齒廓方程 （3.112）針齒中心圓半徑 針齒套外圓半徑 轉臂相對某一中心矢徑的轉角，即嚙合相位角（） 針齒數目3.1.5 擺線輪齒廓曲率半徑 變幅外擺線曲率半徑參數方程的一般表達式為 （3.113）式中變幅外擺線的曲率半徑x對的一階導數, y對的一階導數, x對的二階導數, y對的二階導數, 將式(3.14)和式(3.15)中x和y分別對取一階和二階導數后代入的表達式得 （3.114） 以K1=1代入式(3.114),得標準外擺線的曲率半徑為=-4Aa/(A+a)sin(/2)式中 A=r1+r2或A=r2a=r2或a=r2-r1由本式可知,標準外擺線0,曲線永遠呈外凸形狀,故它不適于作傳動曲線。以K11代入式(3.114)進行運算表明,0,故長幅外擺線也永遠呈外凸形狀,故它也不適合于用作傳動曲線。以K11代入式(3.114)進行運算表明,曲率半徑呈現出由正值經過拐點到負值的多樣性變化。擺線輪實際齒廓曲線的曲率半徑為+（3.115）對于外凸的理論齒廓（時，理論齒廓在該處的等距曲線就不能實現，這種情況稱為擺線齒廓的“頂切”，嚴重的頂切會破壞連續(xù)平穩(wěn)的嚙合，顯然是不允許的。當時，0，即擺線輪在該處出現尖角，也應防止，若為正值，不論取多大的值，都不會發(fā)生類似現象。擺線輪是否發(fā)生頂切，不僅取決于理論外凸齒廓的最小曲率半徑，而且與針齒齒形半徑（帶針齒套的為套的半徑）有關。擺線輪齒廓不產生頂切或尖角的條件可表示為 （3.116）3.2 擺線針輪傳動的受力分析 擺線輪在工作過程中主要受三種力：針輪與擺線輪嚙合時的作用力;輸出機構柱銷對擺線輪的作用力，轉臂軸承對擺線輪作用力。3.2.1 針齒與擺線輪齒嚙合時的作用力 （1）確定初始嚙合側隙標準的擺線輪以及只經過轉角修形的擺線輪與標準針輪嚙合，在理論上都可達到同時嚙合的齒數約為針輪齒數的一半，但擺線輪齒形只要經過等距，移距或等距加移距修形，如果不考慮零件變形補償作用，則多齒同時嚙合的條件便不存在，而變?yōu)楫斈骋粋€擺線輪齒和針輪齒接觸時，其余的擺線輪齒與針輪齒之間都 圖35 修形引起的初始嚙合側隙圖36 輪齒嚙合力存在大小不等的初始側隙，見圖35。對第i對輪齒嚙合點法線方向的初始側隙可按下式表計算： （3.21）式中，為第i個針齒相對轉臂的轉角，為短幅系數。令，由上式解得，即 這個解是使初始側隙為零的角度，空載時，只有在處的一對嚙合。從到的初始側隙分布曲線如圖37所示圖37 與的分布曲線（2）判定擺線輪與針輪同時嚙合齒數的基本原理 設傳遞載荷時，對擺線輪所加的力矩為，在的作用下由于擺線輪與針齒輪的接觸變形W及針齒銷的彎曲變形f，擺線輪轉過一個角，若擺線輪體、安裝針齒銷的針齒殼和轉臂的變形影響較小，可以忽略不計，則在擺線輪各嚙合點公法線方向的總變形W+f或在待嚙合點法線方向的位移為 （i=1，2，）式中 加載后，由于傳力零件變形所引起的擺線輪的轉角； 第i個齒嚙合點公法線或待嚙合點的法線至擺線輪中心的距離擺線輪節(jié)圓半徑 第i個齒嚙合點的公法線或待嚙合點的法線與轉臂之間的夾角。（3） 針齒與擺線輪齒嚙合的作用力 假設第i對輪齒嚙合的作用力正比于該嚙合點處擺線輪齒實際彈性變形。由于這一假設科學考慮了初始側隙及受力零件彈性變形的影響，已被實踐證明有足夠的準確性。按此假設，在同時嚙合傳力的個齒中的第對齒受力可表示為 處亦即在或接近于的針齒處最先受力，顯然在同時受力的諸齒中， 這對齒受力最大，故以表示該對齒的受力。設擺線輪上的轉矩為由im至i=n的個齒傳遞，由力矩平衡條件可得 得最大所受力（N）為 T輸出軸上作用的轉矩; 一片擺線輪上作用的轉矩，由于制造誤差和結構原因，建議取0.55T；受力最大的一對嚙合齒在最大力的作用下接觸點方向的總接觸變形，針齒銷在最大力作用下，在力作用點處的彎曲變形。當針齒銷為兩支點時，當針齒銷為三支點時，3.2.2 輸出機構的柱銷（套）作用于擺線輪上的力若柱銷孔與柱銷套之間沒有間隙，根據理論推導，各柱銷對擺線輪作用力總和為 式中，輸出機構柱銷數目（1） 判斷同時傳遞轉矩的柱銷數目 考慮到分配不均勻，設每片擺線輪傳遞的轉矩為，（T為擺線輪上輸出轉矩）傳遞轉矩時，處力臂最大，必先接觸，受力最大，彈性變形也最大，設處于某任意位置的柱銷受力后彈性變形為，則因變形與力臂成正比，可得下述關系： ，又因 故 柱銷是否傳遞轉矩應按下述原則判定：如果，則此處柱銷不可能傳遞轉矩；如果，則此處柱銷傳遞轉矩。（2）輸出機構的柱銷作用于擺線輪上的力由于柱銷要參與傳力，必須先消除初始間隙；因此柱銷與柱銷孔之間的作用力大小應與成正比。設最大受力為，按上述原則可得由擺線輪力矩平衡條件，整理得3.2.3 轉臂軸承的作用力轉臂軸承對擺線輪的作用力必須與嚙合的作用力及輸出機構柱銷數目的作用力平衡。將各嚙合的作用力沿作用線移到節(jié)點P，則可得方向的分力總和為 Y方向的分力總和為 3.3 擺線針輪行星減速器主要強度件的計算為了提高承載能力，并使結構緊湊，擺線輪常用軸承鋼GCr15、GCr15siMn,針齒銷、針齒套、柱銷、套采用GCr15。熱處理硬度常取5862HRC。3.3.1 齒面接觸強度計算為防止點蝕和減少產生膠合的可能性，應進行擺線輪齒與針齒間的接觸強度計算。根據赫茲公式，齒面接觸強度按下式計算式中 針齒與擺線輪嚙合的作用力， 當量彈性模量，因擺線輪與針齒為軸承鋼，2.06105MPa 擺線輪寬度，（0.10.15），當量曲率半徑。3.3.2 針齒抗彎曲強度計算及剛度計算針齒銷承受擺線輪齒的壓力后，產生彎曲變形，彎曲變形過大，易引起針齒銷與針齒套接觸不好，轉動不靈活，易引起針齒銷與針齒套接觸面發(fā)生膠合，并導致擺線輪與針齒膠合。因此，要進行針齒銷的風度計算，即校核其轉角值。另外，還必須滿足強度的要求。 針齒中心圓直徑650mm時，可選用帶外座圈的單列向心短圓柱滾子軸承。軸承外徑=（0.40.5），軸承寬度B應大于擺線輪的寬度。3.3.4 輸出機構柱銷強度計算 輸出機構柱銷的受力情況（見圖2.7-31），相當一懸臂梁，在作用下，柱銷的彎曲應力為設計時，上式可化為式中 間隔環(huán)的厚度，針齒為二支點時，三支點時，若實際結構已定，按實際結構確定。 B轉臂軸承寬度制造和安裝誤差對柱銷載荷影響系數，一般情況下取1.351.5 第四章 擺線針輪減速器的設計計算4.1擺線輪、針齒、柱銷的計算設計計算如下：項目代號單位計算、結果及說明功率22 跟據使用條件,確定為針輪固定的臥式減速器,不帶電機輸入轉速r/min1450傳動比11擺線輪齒數的確定11為使擺線輪齒廓和銷軸孔能正好重疊加工,以提高生產率和精度,齒數盡可能取奇數,即也應盡可能取奇數,在平穩(wěn)載荷下選材料為GCr15,硬度為60HRC以上針輪齒數選材為GCr15,硬度為60HRC以上輸出轉矩T由文獻1表2.7-8,取=0.92初選短幅系數0.5由文獻1表2.7-2, =0.420.55初選針徑系數，由文獻1表2.7-3,針齒中心圓半徑mm取取材料為軸承鋼5862HRC時,=10001200MPa擺線輪齒寬bcmm取偏心距amm 由文獻3表2.7-5查得6mm取6mm實際短幅系數針徑套半徑mm，取12mm驗證齒廓不產生頂切或尖角47.32由文獻3表2.7-1及公式2.7-17算得，由計算結果知，擺線齒廓不產生頂切或尖角。針齒銷半徑mm取7mm針齒套壁厚一般為26mm。實際針徑系數若針徑系數小于1.3，則考慮抽齒一半。齒形修正mm0.35， 0.2考慮合理修形，建立優(yōu)化模型，由計算機求出。齒面最大接觸壓力N其中整個結果由計算機求出。傳力齒號mnm=2， n=4參看上一章介紹，由計算機求出。擺線輪嚙與針齒最大接觸應力MPa1416.7MPa_mn齒中的最大值。轉臂軸承徑向負載N16988轉臂軸承當量負載PN1.051698817837時，=1.05時，1.1。選擇圓柱滾子軸承mm260（0.40.5）104130由文獻13GB/T283-94，選N2213軸承，d=65,B=31,=142,D=108.5。轉臂軸承內外圈相對轉速nr/min1582轉臂軸承壽命h10613壽命指數，球軸承3，滾子軸承10/3。針齒銷跨距Lmm由結構及前面的擺線輪寬度，得L70采用三支點型式。針齒銷抗彎強度MPa選用三支點，材料為軸承鋼時150200MPa針齒銷轉角rad0.000618550mm時，0.20.3。4.2 輸出軸的計算結構圖如圖4-1，圖4-1 輸出軸結構裝配圖設計計算如下：項目代號單位設計計算、結果及說明轉矩TNmm前面已經算出，T1466353輸出轉速r/min初步確定軸的最小直徑mm選材為鋼，調質處理，由文獻12表15-3，取A0110，mm輸出軸最小直徑顯然安裝聯(lián)軸器與其配合的部分，為了使所選直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應，須選取聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的計算轉矩，由文獻12表14-1，1.3，由文獻13表8-7，選HL5彈性柱銷聯(lián)軸器，軸孔徑為d=60,半聯(lián)軸器L142mm，取112mm。軸結構設計其裝配結構圖如圖4-1，上選用滾動深溝球軸承6214，由文獻13表61查得，d=70,D=125,B=24,=79，則可知=70，=65；上選用深溝球軸承6215，D=130，B=25， =84，所以，=75，所以，=22，=30，=120，套筒長93，外圈直徑84。軸承端蓋由減速器結構定，總寬度為33mm。軸上聯(lián)軸器定位采用平鍵聯(lián)接，由文獻13GB/T1095-1979，選用平鍵，鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時為了保證聯(lián)軸器與軸的配合，選擇配合為H7/k6，滾動軸承與軸的周向定位借過渡配合來保證，安裝軸承處選軸的尺寸公差為m6。由文獻12，表15-2，取軸端倒角為，各軸肩圓角半徑為.5 。求軸上載荷N由前面的軸的結構知， 、受力中心距離為116mm,、受力中心距離為50mm,因5600N，故得8014N ， 2414N 。按彎扭合成應力校核進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面4）的強度。根據下式及上表中的數值，并取=0.6，軸的計算應力28.29Mpa，前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，由文獻12表151查得=60MPa，因此，故安全。精確校核軸的疲勞強度1）判斷危險截面截面2、3、5、9只受扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過渡配合所引起的應力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉強度較為寬裕地確定的，所以截面2、3、5、9 均無需校核。從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面 4 和5 處過渡配合引起的應力集中較為嚴重；從受載的情況來看，截面4、5上的應力最大。由于5軸徑也較大，故不必做強度校核。截面4上應力最大，因而該軸只需校核截面4左側即可。2）截面4左側抗彎截面系數 421875抗扭截面系數 84375彎矩 560050280000扭矩 T1466353截面上的彎曲應力 6.637 MPa截面上的扭轉切應力17.38MPa軸的材料為45鋼，調質處理，由文獻12表15-1，得640MPa，275MPa，155MPa。截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數及，按文獻12表3-2查取，因，經插值后可查得2.0，1.3；又由12附圖3-1，可得材料敏性系數為，0.85。故有效應力集中系數為1.821.26由文獻12附圖3-2得尺寸系數=0.67 ；由文獻12附圖3-3的扭轉尺寸系數= 0.82 。軸按磨削加工，又附圖的表面質量系數為0.92軸未經表面強化處理，即，則按式得綜合系數值為2.81.62又由文獻12及3-2得碳鋼的特性系數0.1，0.05于是，計算安全系數值，則得20.2110.629.40S0.05故可知其安全。4.3輸入軸的計算其結構裝配圖如圖4-2圖4-2 輸入軸結構裝配圖項目代號單位計算、結果、說明轉矩TNmm由前面已經算出，T144897公稱轉矩Nmm由文獻12表14-1，取1.3，初步確定軸的最小直徑mm選材為鋼，調質處理，由文獻12表15-3，取A0110，mm輸出軸最小直徑顯然是安裝軸承的部分，為了使所選直徑與軸承孔徑相適應，須選取軸承，由文獻13GB/T ，選取圓柱滾子軸承N406，d=30 mm,D=90 mm,B=23 mm, =57.2 KN。校核該軸承：該軸承符合壽命要求，所以，30mm, =25mm軸的結構設計其裝配結構圖如圖4-2，上選用滾動深溝球軸承6408，由文獻13表61查得，d=40,D=110,B=27,= ，則可知=40，=40mm；=24mm,由減速器的結構知，75mm，18mm。軸上第4-5段與聯(lián)軸器相配合,由文獻13表8-7，選HL3彈性柱銷聯(lián)軸器，軸孔徑為d=35,半聯(lián)軸器70mm，取60mm。軸承端蓋由減速器結構定，總寬度為57mm。軸上偏心輪和聯(lián)軸器周向定位采用平鍵聯(lián)接，由文獻13GB/T1095-1979，分別選用平鍵和=,鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時為了保證聯(lián)軸器與軸的配合及偏心輪與軸的配合，選擇配合為H7/k6和H7/h6，滾動軸承與軸的周向定位借過渡配合來保證，安裝軸承處選軸的尺寸公差為m6。由文獻12，表15-2，取軸端倒角為，各軸肩圓角半徑為.力的計算由前面知， 作用點到、作用點的距離相等，都為54mm，得，8494N，8494N。按彎扭合成強度校核進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面2）的強度。根據下式及上表中的數值，并取=0.6，軸的計算應力 21.49 Mpa，前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，由文獻12表151查得=60MPa，因此，故安全。精確校核軸的疲勞強度1）判斷危險截面截面4、5只受扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過渡配合所引起的應力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉強度較為寬裕地確定的，所以截面4 、均無需校核。從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面 2、3、4 處過渡配合引起的應力集中較為嚴重；從受載的情況來看，截面2、3上的應力最大。所以只需校核2截面，顯然左側比右側直徑小，因而該軸只需校核截面2左側即可。2）截面2左側抗彎截面系數 42875抗扭截面系數 85750彎矩 917352扭矩 T144897截面上的彎曲應力 11.89 MPa截面上的扭轉切應力1.69 MPa軸的材料為45鋼，調質處理，由文獻12表15-1，得640MPa，275MPa，155MPa。截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數及，按文獻12表3-2查取，因，經插值后可查得1.34，1.66；又由文獻12附圖3-1，可得材料敏性系數為，0.85。故有效應力集中系數為1.27881.561由文獻12附圖3-2得尺寸系數=0.95 ；由文獻12附圖3-3的扭轉尺寸系數= 0.9 。軸按磨削加工，又附圖的表面質量系數為0.92軸未經表面強化處理，即，則按式得綜合系數值為2.81.62又由文獻12及3-2得碳鋼的特性系數0.1，0.05于是，計算安全系數值，則得20.2110.629.40S0.05故可知其安全。第五章 關鍵零件三維設計下面將介紹輸出軸、輸入軸、箱體的三維設計：5.1 輸出軸的設計如圖5.1所示。圖5.1 傳動軸一、打開pro/e，新建零件：（1）單擊按鈕，打開新建對話框如圖5.2所示。圖5.2（2）選擇零件類型及子類型。在名稱欄中輸入名稱。（3）單擊確定按鈕，進入零件設計工作環(huán)境。二、使用拉伸、旋轉工具，建立模型：（1）單擊按鈕，打開拉伸操控板如圖5.3所示。圖5.3（2）單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（3）繪制草繪平面如圖5.4所示。圖3.4（4）單擊按鈕，退出草繪界面。（5）單擊按鈕，輸入40.00，單擊按鈕。如圖5.5所示。圖5.5 （6）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（7）繪制草繪平面如圖5.6所示。圖5.6（8）單擊按鈕，退出草繪界面。（9）單擊按鈕，輸入40.00，單擊按鈕。如圖5.7所示。圖5.7（10）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（11）繪制草繪平面如圖5.8所示。圖5.8（12）單擊按鈕，退出草繪界面。（13）單擊按鈕，輸入110.00，單擊按鈕。如圖5.9所示。圖5.9（14）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（15）繪制草繪平面如圖5.10所示。圖5.10（16）單擊按鈕，退出草繪界面。（17）單擊按鈕，輸入50.00，單擊按鈕。（18）單擊【陣列】按鈕，選取軸線，輸入項目10，輸入角度36，單擊【完成】按鈕。如圖5.11所示。圖5.11（19）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（20）繪制草繪平面如圖5.12所示。圖5.12（21）單擊按鈕，退出草繪界面。（22）單擊按鈕，輸入15.00，選擇除料，單擊按鈕。如圖5.13所示。圖5.13（23）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（24）繪制草繪平面如圖5.14所示。圖5.14（25）單擊按鈕，退出草繪界面。（26）單擊按鈕，輸入30.00，選擇除料，單擊按鈕。如圖5.15所示。圖5.15（27）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（28）繪制草繪平面如圖5.16所示。圖5.16（29）單擊按鈕，退出草繪界面。（30）單擊按鈕，輸入10.00，選擇除料，單擊按鈕。如圖5.17所示。圖5.17（31）單擊按鈕，打開拉伸操控板如圖。（32）單擊實體，旋轉角度為360度。（33）單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（34）繪制草繪平面如圖5.18所示。圖5.18（35）單擊按鈕，退出草繪界面。（36）單擊按鈕，旋轉完成如圖5.19所示。圖5.19（37）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（38）繪制草繪平面如圖5.20所示。圖5.20（39）單擊按鈕，退出草繪界面。（40）單擊按鈕，輸入16.00，單擊按鈕。如圖5.21所示。圖5.21（41）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（42）繪制草繪平面如圖5.22所示。圖5.22（43）單擊按鈕，退出草繪界面。（44）單擊按鈕，輸入159.00，單擊按鈕，所得到是輸出軸。如圖5.23所示。圖5.235.2 輸入軸的設計參照輸出軸的設計步驟，建好的模型如圖5.24所示。如圖5.245.3 箱體的設計如圖5.25所示。圖5.25一、打開pro/e，新建零件：（1）單擊按鈕，打開新建對話框。（2）選擇零件類型及子類型。在名稱欄中輸入名稱，大箱體。（3）單擊確定按鈕，進入零件設計工作環(huán)境。二、使用拉伸工具，建立模型：（1）用鼠標在圖形區(qū)選擇TOP標準基準面，然后在點擊【草繪】選項。（2）繪制草繪平面如圖5.26所示。圖5.26（3）單擊按鈕，退出草繪界面。（4）單擊按鈕，輸入26.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.27所示。圖5.27（5）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（6）繪制草繪平面如圖5.28所示。圖5.28（7）單擊按鈕，退出草繪界面。（8）單擊按鈕，輸入160.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.29所示。圖5.29（9）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（10） 繪制草繪平面如圖5.30所示。圖5.30（11）單擊按鈕，退出草繪界面。（12）單擊按鈕，輸入26.00，單擊按鈕。（13）單擊【陣列】按鈕，選取軸線，輸入項目12，輸入角度30，單擊【完成】按鈕。如圖5.31所示。圖5.31（14）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（15）繪制草繪平面如圖5.32所示。圖5.32（16）單擊按鈕，退出草繪界面。（17）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（18）繪制草繪平面如圖5.33所示。圖5.33（19）單擊按鈕，退出草繪界面。（20）單擊按鈕，輸入7.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.34所示。圖5.34（21）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（22） 繪制草繪平面如圖5.35所示。圖5.35（23）單擊按鈕，退出草繪界面。（24）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（25） 繪制草繪平面如圖5.36所示。圖5.36（26）單擊按鈕，退出草繪界面。（27）單擊按鈕，輸入7.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.37所示。圖5.37（28）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（29） 繪制草繪平面如圖5.38所示。圖5.38（30）單擊按鈕，退出草繪界面。（31）單擊按鈕，輸入40.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.39所示。圖5.39（32）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（33） 繪制草繪平面如圖5.40所示。圖5.40（34）單擊按鈕，退出草繪界面。（35）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（36） 繪制草繪平面如圖5.41所示。圖5.41（37）單擊按鈕，輸入10.00，單擊按鈕。（38）單擊【陣列】按鈕，選取軸線，輸入項目4，輸入角度90，單擊【完成】按鈕。如圖5.42所示。圖5.42（39）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（40） 繪制草繪平面如圖5.43所示。圖5.43（41）單擊按鈕，輸入40.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.44所示。圖5.44（42）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（43）繪制草繪平面如圖5.45所示。圖5.45（44）單擊按鈕，退出草繪界面。（45）單擊按鈕，輸入148.93, 單擊按鈕，完成。如圖5.46所示。圖5.46（46）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（47）繪制草繪平面如圖5.47所示。圖5.47（48）單擊按鈕，退出草繪界面。（49）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（50）繪制草繪平面如圖5.48所示。圖5.48（51）單擊按鈕，退出草繪界面。（52）單擊按鈕，輸入20.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.49所示。圖5.49（53）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（54）繪制草繪平面如圖5.50所示。圖5.50（55）單擊按鈕，退出草繪界面。（56）單擊按鈕，輸入150.56, 單擊按鈕，完成。如圖5.51所示。圖5.51（57）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（58）繪制草繪平面如圖5.52所示。圖5.52（59）單擊按鈕，退出草繪界面。（60）單擊按鈕，輸入50.00，單擊按鈕。（61）單擊【陣列】按鈕，選取軸線，輸入項目6，輸入角度60，單擊【完成】按鈕。如圖5.53所示。圖5.53（62）單擊按鈕，輸入2.00，倒角.如圖5.54所示。圖5.54（63）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（64）繪制草繪平面如圖5.55所示。圖5.55（65）單擊按鈕，退出草繪界面。（66）單擊按鈕，輸入26.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.56所示。圖5.56（67）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（68）繪制草繪平面如圖5.57所示。圖5.57（69）單擊按鈕，退出草繪界面。（70）單擊按鈕，輸入100.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.58所示。圖5.58（71）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（72）繪制草繪平面如圖5.59所示。圖5.59（73）單擊按鈕，退出草繪界面。（74）單擊按鈕，輸入100.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.60所示。圖5.60（75）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（76）繪制草繪平面如圖5.61所示。圖5.61（77）單擊按鈕，退出草繪界面。（78）單擊按鈕，輸入1000.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.62所示。圖5.62（79）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（80）繪制草繪平面如圖5.63所示。圖5.63（81）單擊按鈕，退出草繪界面。（82）單擊按鈕，輸入32.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.64所示。圖5.64（83）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（84）繪制草繪平面如圖5.65所示。圖5.65（85）單擊按鈕，退出草繪界面。（86）單擊按鈕，輸入200.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.66所示。圖5.66（87）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（88）繪制草繪平面如圖5.67所示。圖5.67（89）單擊按鈕，退出草繪界面。（90）單擊按鈕，輸入160.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.68所示。圖5.68（91）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（92）繪制草繪平面如圖5.69所示。圖5.69（93）單擊按鈕，退出草繪界面。（94）單擊按鈕，輸入160.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.70所示。圖5.70（95）單擊按鈕，輸入5.00，倒角。如圖5.71所示。圖5.71（96）單擊按鈕，輸入5.00，倒角。如圖5.72所示。圖5.72（97）單擊按鈕，輸入5.00，倒角。如圖5.73所示。圖5.73（98）選中目標如圖，單擊按鈕，選取基準面RIGHT為鏡像面，單擊按鈕，完成。（99）單擊按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項，打開草繪對話框。（100）繪制草繪平面如圖5.74所示。圖5.74（101）單擊按鈕，退出草繪界面。（102）單擊按鈕，輸入160.00, 單擊按鈕，完成。如圖5.75所示。
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