機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)-角磨機(jī)的裝配工藝編制及改進(jìn)設(shè)計(jì)（通過(guò)答辯帶圖紙）

機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)-角磨機(jī)的裝配工藝編制及改進(jìn)設(shè)計(jì)（通過(guò)答辯帶圖紙）,機(jī)械,畢業(yè)設(shè)計(jì),角磨機(jī),裝配,工藝,編制,改進(jìn),改良,設(shè)計(jì),通過(guò),答辯,圖紙 金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY 畢業(yè)綜合項(xiàng)目成果 （20 屆） 角磨機(jī)的裝配工藝編制及改進(jìn)設(shè)計(jì) 題 目 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 年 月 日 金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合項(xiàng)目成果 目 錄 摘 要 III Abstract 4 1 緒論 5 1.1 機(jī)械專業(yè)傳統(tǒng)的教學(xué)方式存在的問(wèn)題 5 1.2 將三維技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械類專業(yè)課的教學(xué)中 6 1.3 設(shè)計(jì)概述 7 2 資料查詢與市場(chǎng)調(diào)研 8 2.1資料查詢 8 2.2市場(chǎng)調(diào)研 8 2.2.1消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)角磨機(jī)時(shí)考慮的事項(xiàng) 8 2.2.2 產(chǎn)品定位 9 3 角磨機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 10 3.1 工作原理分析與說(shuō)明 10 3.2角磨機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 3.3 典型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 3.3.1直流電動(dòng)機(jī) 11 3.3.2 空間齒輪 13 4 齒輪設(shè)計(jì) 14 4.1齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 4.2設(shè)計(jì)說(shuō)明 21 4.3軸承 22 4.4 角磨機(jī)零件建模設(shè)計(jì) 23 4.5 角磨機(jī)主體的設(shè)計(jì) 24 4.5.1 角磨機(jī)前蓋的設(shè)計(jì) 25 4.5.2 創(chuàng)建后蓋的設(shè)計(jì) 26 4.5.6 其它零件的創(chuàng)建 26 4.6 角磨機(jī)裝配設(shè)計(jì) 28 5 總結(jié) 32 參考文獻(xiàn) 33 致謝 34 3 角磨機(jī)的裝配工藝編制及改進(jìn)設(shè)計(jì) **學(xué)院**專業(yè) 學(xué)生姓名 摘 要 本課題是角磨機(jī)設(shè)計(jì)。利用三維軟件，綜合運(yùn)用所學(xué)的基木理論、基木知識(shí)和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，完成角磨機(jī)的工業(yè)設(shè)計(jì)及特定零件的模具設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容包括角磨機(jī)主題元素的確定、運(yùn)用Pro/Engineer對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行造型、產(chǎn)品渲染、零件裝配、運(yùn)用CAD結(jié)合Pro/Engineer繪制加工圖紙、設(shè)計(jì)總結(jié)。 關(guān)鍵詞：角磨機(jī)，機(jī)械設(shè)計(jì)，外觀設(shè)計(jì)，建模 34 1 緒論 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是教學(xué)發(fā)展的一個(gè)焦點(diǎn)，Pro/E等三維建模軟件的發(fā)展以及虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)為機(jī)械類專業(yè)課教學(xué)提供了一種極好的現(xiàn)代化教學(xué)的工作平臺(tái)[1]。電動(dòng)角磨機(jī)學(xué)名“角向磨光機(jī)”，一種普遍使用的電動(dòng)手持式切割研磨工具。就是以交流電或直流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)傘狀齒輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)砂輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而利用高速旋轉(zhuǎn)的薄片砂輪以及橡膠砂輪、鋼絲輪等對(duì)金屬構(gòu)件進(jìn)行磨削、切削、除銹、磨光加工。角磨機(jī)適合用來(lái)切割、研磨及刷磨金屬與石材，作業(yè)時(shí)不可使用水。切割石材時(shí)必須使用引導(dǎo)板。針對(duì)配備了電子控制裝置的機(jī)型，如果在此類機(jī)器上安裝合適的附件，也可以進(jìn)行研磨及拋光作業(yè)。角磨機(jī)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)、建筑、家具制造等行業(yè)領(lǐng)域，角磨機(jī)經(jīng)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作證明，具有結(jié)構(gòu)合理、體積 小、重量輕、功利大、操作靈活、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，深受廣大電力電信作業(yè)者等的歡迎。了解角磨機(jī)工作原理、結(jié)構(gòu)等可以幫助人們更好的使用；對(duì)角磨機(jī)的再設(shè)計(jì)能夠更好的滿足廣大消費(fèi)者的功能需求，同時(shí)增加了消費(fèi)者使用的安全性以及舒適度。 1.1 機(jī)械專業(yè)傳統(tǒng)的教學(xué)方式存在的問(wèn)題 （1） 在機(jī)械類課程的教學(xué)中，經(jīng)常需要實(shí)物模型幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，如果沒(méi)有模型，僅僅依靠講解，是很難講清楚一個(gè)立體結(jié)構(gòu)的。學(xué)生缺少對(duì)實(shí)物的感官認(rèn)識(shí)也就更難理解沒(méi)有模型的講解，而傳統(tǒng)的教學(xué)方式是利用教學(xué)實(shí)物模型，但實(shí)物模型攜帶不方便，而且容易損壞，不便于保管。 （2） 教學(xué)中存在的另一個(gè)問(wèn)題是傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)物模型一成不變，更新?lián)Q代的速度慢，而幾十年不變的教學(xué)模型已不能滿足教學(xué)和科技時(shí)代不斷進(jìn)步的需要。時(shí)代在發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容在不斷更新，當(dāng)然教學(xué)模型也要跟上教學(xué)內(nèi)容的更新，要想根據(jù)教學(xué)需要更改實(shí)物模型是很困難的。更換新實(shí)物模型成本又很高，而舊模型基本沒(méi)有再利用的價(jià)值，造成很大的浪費(fèi)。 （3） 傳統(tǒng)的教學(xué)模型作運(yùn)動(dòng)演示和運(yùn)動(dòng)分析也存在很多缺陷，一是學(xué)校很難保證有一套完整的機(jī)械專業(yè)的教學(xué)模型，而且成本也較大；二是有些空間的機(jī)構(gòu)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)很難觀察到；三是裝配模型時(shí)容易損壞零件，運(yùn)動(dòng)容易出故障；四是運(yùn)動(dòng)特性的分析也很困難。 （4） 對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)的教學(xué)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是先展開(kāi)平面簡(jiǎn)圖的構(gòu)思，形成稍微完整的方案之后，開(kāi)始繪制三維簡(jiǎn)圖，完全定型后再根據(jù)需要繪制效果圖、三視圖或制作簡(jiǎn)易的模型。在造型設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要用樣品實(shí)物模型來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)者的構(gòu)思，但對(duì)每一種方案都制作實(shí)物樣品，要付出大量的勞動(dòng)，還存在著精度低、修改調(diào)整困難、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)及成本費(fèi)用高等問(wèn)題。 1.2 將三維技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械類專業(yè)課的教學(xué)中 Pro/E系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱PTC)的產(chǎn)品。本軟件采用單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念，改變了機(jī)械CAD／CAE／CAM 的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD／CAE／CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。將現(xiàn)代化的Pro/E三維技術(shù)應(yīng)用到在機(jī)械專業(yè)課的教學(xué)中，可以解決以上傳統(tǒng)教學(xué)存在的很多不足[2]。 （1） 建立零件的三維模型，虛擬的模型便于現(xiàn)代化教學(xué)，在教學(xué)中如果應(yīng)用Pro/E的三維技術(shù)建立零件的三維模型，可以避免傳統(tǒng)教學(xué)模型的缺點(diǎn)，它同樣具有實(shí)物教學(xué)模型的直觀、容易理解的優(yōu)點(diǎn)，又克服了傳統(tǒng)教具的不足，避免了攜帶困難的問(wèn)題，還便于制作多謀體課件。 （2） 把教學(xué)中常用的零件、部件和標(biāo)準(zhǔn)件建立起自己的模型庫(kù)，利用Pro/E提供的強(qiáng)大的基于特征的參數(shù)化實(shí)體造型功能，把教學(xué)中常用的零件、部件和標(biāo)準(zhǔn)件，利用微機(jī)的存儲(chǔ)信息量大的特點(diǎn)建立起自己的模型庫(kù)，以充分利用已有的設(shè)計(jì)成果和前人的經(jīng)驗(yàn)。 我們建立的教學(xué)模型庫(kù)有如下特點(diǎn)： 1） 零件模型庫(kù)的覆蓋面廣、標(biāo)準(zhǔn)新； 2） 當(dāng)教學(xué)需要某一零件模型時(shí)，可直接從零件模型庫(kù)中調(diào)出，不必手工繪制； 3） 零件模型從模型庫(kù)中調(diào)入后可任意移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，在裝配時(shí)確定準(zhǔn)確的位置； 4） 零件模型庫(kù)的操作使用簡(jiǎn)捷、方便、靈活、易學(xué)易懂； 5） 還可以用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)零件模型庫(kù)的資源共享，充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源為教學(xué)服務(wù)。 （3） 可將各種三維零部件和機(jī)械傳動(dòng)在Pro/E內(nèi)進(jìn)行虛擬裝配、三維動(dòng)畫(huà)演示和運(yùn)動(dòng)特性分析。 總之，把Pro/E的三維技術(shù)引入機(jī)械專業(yè)課的教學(xué)，徹底改變了傳統(tǒng)的教學(xué)理念，大大改善了輔助教學(xué)環(huán)境，提高了教學(xué)效果[3]。通過(guò)實(shí)踐證明，我們只要認(rèn)真研究和大膽嘗試輔助教學(xué)這一現(xiàn)代化教學(xué)手段，不斷地去學(xué)習(xí)、掌握這種技術(shù)，很好地將Pro/E的三維技術(shù)應(yīng)用到我們的機(jī)械專業(yè)教學(xué)中去，提高工作效率，充分利用微機(jī)多媒體輔助教學(xué)的優(yōu)越性，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，就一定能有效地幫助我們達(dá)到降低教學(xué)成本，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。 1.3 設(shè)計(jì)概述 本設(shè)計(jì)主要圍繞角磨機(jī)設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)例展開(kāi)。液壓角磨機(jī)作為一種重要的液壓元件，其規(guī)格和型號(hào)比較繁多，傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程繁瑣、 效率低下、 繪圖量大，Pro/E作為一款高效快捷的CAD/CAM軟件，克服了以上的不足之處，大大提高設(shè)計(jì)人員的開(kāi)發(fā)速度，本文將著重就Pro/E的實(shí)體建模、虛擬裝配、機(jī)構(gòu)仿真等功能進(jìn)行角磨機(jī)的設(shè)計(jì)。角磨機(jī)包含多個(gè)零部件，其設(shè)計(jì)巧妙運(yùn)用Pro/E基于單一數(shù)據(jù)庫(kù)這一特點(diǎn)并綜合運(yùn)用多種建模方法和設(shè)計(jì)方法。 設(shè)計(jì)的具體要求為： （1） 角磨機(jī)零件建模設(shè)計(jì)； （2） 角磨機(jī)裝配設(shè)計(jì)； 2 資料查詢與市場(chǎng)調(diào)研 2.1資料查詢 在確定了課題后的第一天，我們小組就角磨機(jī)的工作原理和運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖等開(kāi)始瀏覽并收集資料，我們到圖書(shū)館和上網(wǎng)查閱了相關(guān)機(jī)械的資料，對(duì)于電磁感應(yīng)產(chǎn)生電能的原理（即電動(dòng)機(jī)工作原理）和空間齒輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)成有了比較具體的的了解，也對(duì)角磨機(jī)的工作原理有了初步認(rèn)識(shí)。然后對(duì)角磨機(jī)進(jìn)行拆卸，對(duì)各部進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)角磨機(jī)的結(jié)構(gòu)有更深的了解。 研究對(duì)象 此次我們小組研究的角磨機(jī)是日本日立電動(dòng)角磨機(jī)G10SF3 560W，主要參數(shù)如下 砂輪外徑：100公厘（4英寸） 孔徑：16公厘（5/8英寸） 主軸螺紋：M10×1.5 輸入功率：560瓦 空載轉(zhuǎn)速：12,000/分鐘 最大輸出功率：640瓦 全長(zhǎng)：254公厘（10英寸） 重量：1.4公斤（3.1磅） 最大輸出功率：640W 2.2市場(chǎng)調(diào)研 2.2.1消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)角磨機(jī)時(shí)考慮的事項(xiàng) （一）個(gè)人愛(ài)好和財(cái)力 ，以及角磨機(jī)的用途。 （二）角磨機(jī)的質(zhì)量、價(jià)格和維修等因素，其中進(jìn)口機(jī)的質(zhì)量明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)機(jī)，并且使用壽命較長(zhǎng)，而國(guó)產(chǎn)機(jī)的價(jià)格及維修費(fèi)用低于進(jìn)口機(jī)。 （三）塑料外殼的表面光潔度（包括附件光潔度），模具開(kāi)得好壞（塑料機(jī)殼和附件棱角是否清晰、美觀、整齊）。 （四）角磨機(jī)穩(wěn)定性的強(qiáng)弱。 （五）功能是否齊全，看功率大小。要考慮其工作使的震動(dòng)大小以及發(fā)出的噪聲大小。 （六）了解價(jià)格。角磨機(jī)價(jià)格屬市場(chǎng)調(diào)節(jié)價(jià)、可上下浮動(dòng)；因各店進(jìn)貨渠道不同，進(jìn)價(jià)不一，更會(huì)出現(xiàn)售價(jià)不一，甚至高、低懸殊的現(xiàn)象。 2.2.2 產(chǎn)品定位 下面是市場(chǎng)上比較暢銷的幾款角磨機(jī)的對(duì)比分析 產(chǎn)品類型 圖片 重要參數(shù)及特點(diǎn) 博世Bosch角磨機(jī) GWS7-125 輸入功率：1,200瓦 空載轉(zhuǎn)速：8,500/分鐘 全長(zhǎng)：391公厘（15～13/32英寸） 重量：2.7公斤（5.9磅） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、突破壽命瓶頸 1.高效馬達(dá)冷卻系統(tǒng) 2.全機(jī)身嚴(yán)密防塵保護(hù) 3.世界最細(xì)握柄 日立180mm 730W角磨機(jī) G18SS 砂輪外徑180公厘（7英寸） 空載轉(zhuǎn)速：8,500/分鐘 最大輸出功率：3150瓦 全長(zhǎng)：463公厘（18-7/32英寸 重量：4.3公斤（9.5磅） 1.1900W大功率輸入 2.高性價(jià)比產(chǎn)品定位 3.120%高過(guò)載力設(shè)計(jì) 百雷仕 砂輪外徑230mm 空載轉(zhuǎn)速：6,000/分鐘 輸入功率：1800瓦 全長(zhǎng)：530公厘重量：3.9公斤（9.5磅） 牧田電動(dòng)角磨機(jī)GA5030 砂輪外徑125公厘 空載轉(zhuǎn)速：11，000/分鐘 最大輸出功率：3150瓦 全長(zhǎng)：266公厘 重量：,1.4公斤 該產(chǎn)品在定位上不僅注意其功率、轉(zhuǎn)速、重量、體積等各方面等功能因素，還要注意其外觀的體現(xiàn)及形式美的要素，使人們?cè)诒恐乜菰锏墓ぷ髦懈杏X(jué)輕松自如。 3 角磨機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 3.1 工作原理分析與說(shuō)明 1、工作原理圖、運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 工作原理圖 角磨機(jī)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 2、 工作原理分析、說(shuō)明 角磨機(jī)就是利用高速旋轉(zhuǎn)的薄片砂輪以及橡膠砂輪、鋼絲輪等對(duì)金屬構(gòu)件進(jìn)行磨削、切削、除銹、磨光加工。通過(guò)電磁感應(yīng)產(chǎn)生電能，帶動(dòng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)空間齒輪結(jié)構(gòu)將水平傳動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q直傳動(dòng)，從而帶動(dòng)薄片砂輪或橡膠砂輪，鋼絲輪等高速旋轉(zhuǎn)。 3.2角磨機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 角磨機(jī)總體分為以下幾個(gè)方面： 1）、外殼包裝及操作按鈕 2）、轉(zhuǎn)子組件和定子組件及軸承 3）、空間齒輪機(jī)構(gòu)及砂輪軸 由于角磨機(jī)工作頻率較高，會(huì)產(chǎn)生震動(dòng),所以在各零件連接之間都要做好防震措施，在螺絲連接處要多加墊圈，外殼多采用塑料，角磨機(jī)的尾部外殼要留出出風(fēng)孔，防止角磨機(jī)工作散熱不及時(shí)導(dǎo)致原件損壞。 3.3 典型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.3.1直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)分為兩部分： 1）轉(zhuǎn)子組件 2）定子組件 轉(zhuǎn)子組件和定子組件的尺寸一定要相符合，兩者之間的間隙要合適，該間隙稱為氣隙。 定子部分包括機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、電刷等裝置； 轉(zhuǎn)自部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇等部件 轉(zhuǎn)子(電樞)： 直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子又稱電樞，它是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流、電磁轉(zhuǎn)矩而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部件。? 1) 電樞鐵心 電樞鐵心是直流電動(dòng)機(jī)主磁路的一部分，在鐵心槽中嵌放電樞繞組。電樞鐵心一般采用硅鋼片疊壓而成。? 2) 電樞繞組 電樞繞組的作用是通過(guò)電流產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。? 3) 換向器 換向器的作用是將電樞中的交流電動(dòng)勢(shì)和電流轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)和電流，從而保證所有導(dǎo)體上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向一致。? 4) 轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸作用是用來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。為了使電機(jī)能可靠地運(yùn)行，轉(zhuǎn)軸一般用合金鋼鍛壓加工而成。? 5) 風(fēng)扇 風(fēng)扇用來(lái)降低運(yùn)行中電機(jī)的溫升 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理? ? 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理如下： 如下上圖所示為最簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)的原理圖。其換向器是由二片互相絕緣的半圓銅環(huán)（換向片）構(gòu)成的，每一換向片都與相應(yīng)的電樞繞組連接，與電樞繞組同軸旋轉(zhuǎn)，并與電刷A、B相接觸。若電刷A是正電位，B是負(fù)電位，那么在N極范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組ab中的電流從a流向b，在S極范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組cd中的電流從c流向d。轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁埸中要受到電磁力的作用，根據(jù)磁場(chǎng)方向和導(dǎo)體中的電流方向，利用電動(dòng)機(jī)左手定則判斷，如圖中ab邊受力方向是向左，而cd則向右。由于磁場(chǎng)是對(duì)稱的，導(dǎo)體中流過(guò)的又是相同的電流，所以ab邊和cd邊所受的電磁力的大小相等。這樣轉(zhuǎn)子線圈上受到的電磁力 f的作用而按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面時(shí)，線圈中的電流為零。因此，電磁力也等于零。但由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈轉(zhuǎn)過(guò)半圈之后，雖然ab與cd的位置調(diào)換了，ab轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi)，cd轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)，但是由于電刷和換向片的作用，轉(zhuǎn)到N極下的cd邊中的電流方向也變了，是從d流向c，在S極下的ab邊中的電流，則從b流向a。因此，電磁力f的方向仍然不變，轉(zhuǎn)子線圈仍按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。可見(jiàn)，分別在N，S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體中的電流方向總是不變的。因此，線圈二邊受力方向也不變。這樣線圈就可以按受力方向不停地旋轉(zhuǎn)。 3.3.2 空間齒輪 空間齒輪機(jī)構(gòu) 傳遞兩相交軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 圓錐 傳遞兩交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 交錯(cuò)軸斜齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu) 蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu) 空間齒輪運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 空間齒輪立體圖 在設(shè)計(jì)中運(yùn)用空間齒輪，主要是利用兩個(gè)斜齒輪來(lái)將水平方向的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為豎直方向的旋轉(zhuǎn)，旨在改變從動(dòng)件的方向。此空間齒輪組采用的材質(zhì)是合金，在高速的旋轉(zhuǎn)中能夠承受巨大的沖擊力，其中一個(gè)齒輪小，若在使用中磨損，可以更換只小斜齒輪，這樣易于降低成本，節(jié)約能耗。 4 齒輪設(shè)計(jì) 4.1齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 齒輪立體圖 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1.齒輪得材料及熱處理方法 小齒輪選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為260HBS。大齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度220HBS，HBS1-HBS2=260-220=40,合適。 查得σFlim1=240Mpa, σFlim2=240Mpa,SF=1.3 故[σF1]== =129Mpa [σF2]== =195Mpa 粗選8級(jí)精度 取小齒輪齒數(shù)Z1=17，則大齒輪Z2=17×2.673=45.441，取Z2=46，實(shí)際傳 動(dòng)比i ==2.706，與要求相差不大，可用。 2.齒輪疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 查表，取載荷系數(shù)K=1.1，推薦齒寬系數(shù)ΨR=0.25—0.3,取ΨR=0.3。 小齒輪上的轉(zhuǎn)矩 T1===1.7297×105N·mm 粗選8級(jí)精度 小齒輪齒數(shù)Z1=17 大齒輪齒數(shù)Z2=46 （1）計(jì)算分度圓錐角 δ1=arctan= arctan=69.72° δ2=90°-δ1=90°-69.72°=20.28° （2）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) Zv1===18.12 Zv2===132.71 （3）計(jì)算模數(shù) 查的YF1=3.02, YF2=2.16 因?yàn)?=0.023，==0.011 ＞，故將代入計(jì)算。 mm≥==3.43 （4）計(jì)算大端模數(shù) m ===4.04 查表取m=4.5 （5）計(jì)算分度圓直徑 d1=mZ1=4.5×17=76.50mm d2=mZ2=4.5×46=207.00mm (6)計(jì)算外錐距 R===109.16mm (6)計(jì)算齒寬 b=ΨRR=0.3×109.16=32.75mm 取b1=b2=35mm (7)計(jì)算齒輪的圓周速度 齒寬中點(diǎn)處直徑dm1=d1(1-ΨR)=76.50×(1-0.5×0.3)=65.025mm 分度圓錐角 δ1=69.72° δ2=20.28° 當(dāng)量齒數(shù) Zv1=18.12 Zv2=132.71 模數(shù)mm=3.43 大端模數(shù)m=4.5 分度圓直徑 d1=76.50mm d2=207.00mm 外錐距R=109.16mm 齒寬b1=b2=35mm 則圓周速度 v ===1.10m/s 由表可知，選擇8級(jí)精度合適。 3.驗(yàn)算輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度 σF1===95.38Mpa [σF1]=129Mpa, σF1＜[σF1]，故安全。 1.低速軸的設(shè)計(jì) （1）確定軸上零件的定位和固定方式(如圖) (2)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑 dmin≥ 查表取A0=105，于是得dmin≥=27.57mm (3)確定軸各段直徑和長(zhǎng)度 左起第一段，由于安裝帶輪，屬于基孔制配合，因開(kāi)有鍵槽，增大7%并圓整，取軸徑35mm，長(zhǎng)度87mm，為了便于安裝，軸端進(jìn)行2×45°倒角。 左起第二段直徑取42mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆以及對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求和箱體的厚度，則取第二段的長(zhǎng)度34mm。 左起第三段，該段裝有滾動(dòng)軸承，選用圓錐滾子軸承， 取軸徑45mm，長(zhǎng)度為39mm。 左起第四段，僅為軸段的過(guò)渡,其直徑略小于第三段軸，取42mm，長(zhǎng) 度取50mm。 齒輪的圓周速度 v =1.10m/s 8級(jí)精度合適 輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度 σF1＜[σF1]，安全 估算軸的最小直徑 dmin=27.57mm 左起第五段為滾動(dòng)軸承段，則此段的直徑為45mm。由于還裝有擋油環(huán)，長(zhǎng)度取52mm。 左起第六段，對(duì)軸承右端進(jìn)行定位，取軸徑53mm。長(zhǎng)度取8mm。 2.輸出軸的設(shè)計(jì) （1）確定軸上零件的定位和固定方式(如圖) (2)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑 dmin≥ 查表取A0=105，于是得dmin≥=36.86mm (3)確定軸各段直徑和長(zhǎng)度 左起第一段，由于安裝聯(lián)軸器，因開(kāi)有鍵槽，軸徑擴(kuò)大7%并圓整，取軸徑40mm，長(zhǎng)度80mm，為了便于安裝，軸端進(jìn)行2×45°倒角。 左起第二段直徑取46mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆以及對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求和箱體的厚度，則取第二段的長(zhǎng)度46mm。 左起第三段，該段裝有滾動(dòng)軸承，選用圓錐滾子軸承， 取軸徑50mm，長(zhǎng)度為46mm。 左起第四段，對(duì)軸承起到軸肩定位作用,其直徑大于第三段軸，取60mm。根據(jù)整體布局，長(zhǎng)度取90mm。 左起第五段安裝大圓錐齒輪，根據(jù)齒輪的孔徑，此段的直徑取54mm，長(zhǎng)度取60mm。 左起第六段，為軸承安裝段，根據(jù)軸承的尺寸，取軸徑50mm。長(zhǎng)度取50mm。 軸的強(qiáng)度校核 由于該軸為轉(zhuǎn)軸，應(yīng)按彎扭組合強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。 2.作軸的垂直面受力圖（d） 3.繪制垂直面彎矩圖 （1）求垂直面的支反力 Rv1===1036.81N Rv2= Rv1-Fr=1036.81-618.17=418.64N （2）求垂直面彎矩 MVC1= -Rv2L2=-283.76×143=-40577.68N·mm MVC2= MVC1+Fa·= -40577.68+1543.86×=119211.83N·mm (3)繪制彎矩圖（e） 4.作軸水平面受力簡(jiǎn)圖（b） 5.繪制水平彎矩圖 （1）求支反力 RH1= RH2===2261.045N （2）求水平彎矩 MHC=RH2L2=2261.045×143=323329.3625N·mm （3）繪制彎矩圖（c） 6.繪制合成彎矩圖 （1）計(jì)算合成彎矩 MB==0 MC1===325865.656N·mm MC2===344606.062N·mm (2)繪制彎矩圖（f） 7.繪制扭矩當(dāng)量彎矩圖（g） 軸單向轉(zhuǎn)動(dòng)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取α≈0.6，則當(dāng)量彎矩為 MT=αT=0.6×172.97×1000=103782N·mm 8.繪制總當(dāng)量彎矩圖（h） （1）計(jì)算總當(dāng)量彎矩 MeB===103782N·mm MeC1===103782N·mm MeC2===359894.487N·mm 9.校核軸的強(qiáng)度 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，[σ-1]=60Mpa.從總當(dāng)量彎矩圖可以看出，截面C為危險(xiǎn)截面。 截面C為齒輪處，dC=54mm，則 σbC===22.856Mpa＜[σ-1]，軸的強(qiáng)度足夠。 軸的強(qiáng)度足夠，可用 軸承的選擇及校核 主動(dòng)軸32309軸承兩對(duì)，從動(dòng)軸32310軸承兩對(duì)。根據(jù)要求對(duì)從動(dòng)軸上的軸承進(jìn)行強(qiáng)度校核。 查相關(guān)手冊(cè)，32310軸承的判斷系數(shù)e=0.35，當(dāng)≤e時(shí)，Pr=Fr；當(dāng)＞e時(shí)，Pr=0.4Fr+YFa,Y=1.7。軸承基本額定動(dòng)載荷Cr=168KN，軸承采用正裝，要求壽命為105120小時(shí)。 1.繪制軸承計(jì)算簡(jiǎn)圖 2.計(jì)算各軸承所受總徑向力 由軸的計(jì)算知：B、D處水平支反力RH1= RH2=2261.045N，B、D處垂直面支反力Rv1=1036.81N,RV2=418.64N。 Fr1===2487.43N Fr2===2299.47N 3.計(jì)算各軸承內(nèi)部派生軸向力 FS1=eFr1=0.35×2487.43=807.60N FS2=eFr2=0.35×2299.47=804.81N 4.判斷放松、壓緊端 FS1+Fa=807.60+1543.86=2414.46N＞FS2 故，軸承2壓緊，軸承1放松。 則 Fa1=FS1=807.60N , Fa2=FS1+Fa=2414.46N 5.計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 對(duì)軸承1 ==0.3499＜e, P1=Fr1=2487.43N 對(duì)軸承2 ==1.05＞e, P2=0.4Fr2+1.7Fa2=5024.37N 因P2＞P1，故按軸承2的當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算壽命，即取 P=P1=5024.37N 6.軸承壽命校核計(jì)算 Lh== =8.99×105h＞105120h 故，所選軸承符合要求。 鍵的選擇及校核 高速軸與帶輪連接選用鍵A10×8×70 σp===41.18MPa＜[σp]=100MPa 故，該鍵滿足強(qiáng)度要求。 輸出軸與大齒輪連接選用鍵A16×10×50 σp===94.74MPa＜[σp]=100MPa 故，該鍵滿足強(qiáng)度要求。 輸出軸與聯(lián)軸器連接選用鍵A12×8×70 σp===93.72MPa＜[σp]=100MPa 故，該鍵滿足強(qiáng)度要求。 4.2設(shè)計(jì)說(shuō)明 此零件是連接電機(jī)與磨削部分的重要零件，電機(jī)力的傳遞都是通過(guò)此構(gòu)件傳送給磨砂輪，電機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)與磨砂輪受到的阻力會(huì)使該零件收到嚴(yán)重?fù)p壞，接處應(yīng)該有比較大的強(qiáng)度才能承受磨砂所產(chǎn)生的阻力，因此在連接處用了合金來(lái)作為連接件。 因?yàn)榇藰?gòu)件會(huì)收到很大的力，為了防止構(gòu)件與電機(jī)分離，應(yīng)使構(gòu)件與電機(jī)連接（即合金）的螺紋方向與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反。同理，構(gòu)件與磨削部分連接處的受力方向應(yīng)與旋轉(zhuǎn)方向相反。 此構(gòu)件上中間有一個(gè)孔，通過(guò)軸連接，使其與磨砂輪相連，中間有三個(gè)孔，不僅節(jié)省了材料，更為角磨機(jī)的減震提供了條件，在一定程度上還是角磨機(jī)使用起來(lái)更加的輕便。 該零件與從動(dòng)裝置的連接是軸連接，與主動(dòng)裝置的連接是螺紋連接，是可分離連接。 4.3軸承 深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 電動(dòng)角磨機(jī)中用的是滾動(dòng)軸承中的深溝球軸承，使用此滾動(dòng)軸承是因?yàn)槠溆型孪掠悬c(diǎn)： 1 摩擦阻力小，功率消耗小，機(jī)械效率高，易起動(dòng)。 2、尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，具有互換性，便于安裝拆卸，維修方便。 3、結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，軸向尺寸更為縮小。 4、精度高，轉(zhuǎn)速高，磨損小，使用壽命長(zhǎng)。 5、該軸承具有自動(dòng)調(diào)心的性能。 6、適用于大批量生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率高。 7、在角磨機(jī)的工作中可以承受偶純軸向載荷很大的徑向載荷，在轉(zhuǎn)速很高而軸向載荷不太大時(shí)，可承受純軸向載荷。 4.4 角磨機(jī)零件建模設(shè)計(jì) 角磨機(jī)包含20多個(gè)零部件，其設(shè)計(jì)巧妙運(yùn)用Pro/E基于單一數(shù)據(jù)庫(kù)這一特點(diǎn)并綜合運(yùn)用多種建模方法和設(shè)計(jì)方法[4]，角磨機(jī)的最后設(shè)計(jì)結(jié)果如圖1所示，組件分解圖如圖2所示。 圖1 角磨機(jī)三維圖 4.5 角磨機(jī)主體的設(shè)計(jì) （1） 新建零件文檔； 單擊“新建”按鈕打開(kāi)新建對(duì)話框。在“類型”中選“零件”，在“子類型”中選“實(shí)體”，在“名稱”文本框中輸入零件名稱“Gear_part_m”。 （2） 創(chuàng)建外部繼承特征； 1） 單擊“插入”主菜單中選取“共享數(shù)據(jù)”/“合并/繼承”選項(xiàng)，系統(tǒng)打開(kāi)設(shè)計(jì)圖標(biāo)版[6]； 2） 單擊“打開(kāi)”按鈕，使用瀏覽的方式打開(kāi)上一小節(jié)設(shè)計(jì)的角磨機(jī)骨架文件“Gear_pump”.同時(shí)系統(tǒng)打開(kāi)“外部合并”對(duì)話框，在該對(duì)話框的“約束類型”下選取“缺省”選項(xiàng)，在系統(tǒng)默認(rèn)位置裝配角磨機(jī)骨架文件； 3） 單擊“外部合并”中的“確定”，單擊“設(shè)計(jì)板”上的“確定”。 （3） 創(chuàng)建拉伸實(shí)體特征； 1） 單擊“拉伸”打開(kāi)設(shè)計(jì)板，在設(shè)計(jì)板中單擊“放置”打開(kāi)參照面板，單擊其中“定義”打開(kāi)“草繪”對(duì)話框，選擇FRONT為草繪平面，接受其它默認(rèn)設(shè)置單擊“草繪”進(jìn)入草繪模式； 2） 在草繪平面內(nèi)使用“抓取邊”工具繪制拉伸剖面圖，然后單擊“確定”退出草繪，調(diào)整方向輸入拉伸深度“25.2”，最后創(chuàng)建的拉伸實(shí)體如圖。再次單擊“拉伸”按鈕，選取上一零件端面作為草繪平面，進(jìn)入草繪模式； 3） 繪制如圖所示草繪剖面圖，調(diào)節(jié)拉伸方向，最后創(chuàng)建的實(shí)體特征如圖所示； 4） 再次單擊“拉伸”，選取上一零件右側(cè)面為草繪平面，進(jìn)入草繪模式； 4.5.1 角磨機(jī)前蓋的設(shè)計(jì) 角磨機(jī)左蓋的設(shè)計(jì)同樣以角磨機(jī)骨架作為母體零件，綜合運(yùn)用拉伸、孔和鏡像復(fù)制等建模方法。角磨機(jī)的最后設(shè)計(jì)結(jié)果，如圖11所示。 （1） 新建零件文件，輸入零件名稱“l(fā)eftcover”； 4.5.2 創(chuàng)建后蓋的設(shè)計(jì) 角磨機(jī)后蓋和角磨機(jī)前蓋的設(shè)計(jì)相似，都是以角磨機(jī)的骨架作為母本二進(jìn)行設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)步驟參照左蓋設(shè)計(jì)，角磨機(jī)右蓋的設(shè)計(jì)結(jié)果如圖17所示。 4.5.6 其它零件的創(chuàng)建 至此角磨機(jī)的主要零件以創(chuàng)建完成，下面還有很多裝配用的小零件，其建模過(guò)程不再詳細(xì)介紹。只列出其最終結(jié)果，如圖32。 包括：螺釘、外部齒輪、平鍵、圓墊片、螺母、壓蓋、圓柱銷。 a）螺釘 b）外罩 c）平鍵 d）圓墊片 e）螺母 f）壓蓋 g）圓柱銷 圖32 其它零件 至此角磨機(jī)所有零件三維建模都以完成，下一步就是裝配。 4.6 角磨機(jī)裝配設(shè)計(jì) 角磨機(jī)的裝配綜合運(yùn)用到無(wú)連接接口約束和連接接口約束。在進(jìn)行角磨機(jī)的裝配前，設(shè)計(jì)者首先要對(duì)角磨機(jī)進(jìn)行整體的分析，要弄清楚那些元件具有運(yùn)動(dòng)自由度，那些元件完全約束。對(duì)于具有運(yùn)動(dòng)自由度的元件就要根據(jù)具體要求選擇合適的連接接口，反之使用無(wú)連接接口的約束進(jìn)行裝配即可。 （1） 創(chuàng)建組件文檔，輸入組件名稱“Gear_pump_model”； （2） 在默認(rèn)位置裝配角磨機(jī)主體； 單擊“添加元件”按鈕，打開(kāi)下設(shè)計(jì)板，選擇缺省，以在默認(rèn)位置裝配主體。 （3） 向組件中裝配銷； 使用“插入”“對(duì)齊”“對(duì)齊”三種約束裝配銷釘，使其高出端面“8”。 （4） 重復(fù)裝配銷釘； 選中前面裝配好的銷釘零件，然后在“編輯”中選取“重復(fù)”打開(kāi)“重復(fù)元件”對(duì)話框。 按住“ctrl”鍵，選中“插入”和“對(duì)齊”兩種約束方式。單擊添加，共裝配4根銷釘。 （5） 向組件中裝配角磨機(jī)左蓋； 使用“匹配”“插入”“插入”三種約束。 （6） 向組件中裝配軸一； 1） 單擊右工具箱中的“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)角磨機(jī)文件Gear_shaft_1； 2） 在系統(tǒng)打開(kāi)的設(shè)計(jì)板上的“用戶定義”中選取“銷釘”連接類型； 3） 完成“放置”列表，裝配結(jié)果如圖33。 圖34 裝配二 （8） 向組件中裝配角磨機(jī)右蓋； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，使用瀏覽方式打開(kāi)角磨機(jī)零件文件Gear_pump_rightcover； 2） 在系統(tǒng)打開(kāi)的裝配設(shè)計(jì)板上單擊“放置”按鈕，然后在“放置”列表的“約束類型”下拉菜單中選取“對(duì)齊”約束類型，然后分別選取軸A8和A15作為約束參照。新建“對(duì)齊”約束選取軸A9和A16作為約束參照； 3） 新建“匹配”約束類型，選取角磨機(jī)主體端面和右蓋端面，輸入偏距“0”； 4） 最后完成的“放置”列表如下圖，最后裝配結(jié)果如圖35。 圖35 裝配右蓋 （9） 在裝配的元件之間進(jìn)行布爾運(yùn)算； 1） 在“編輯”主菜單中選取“元件操作”選項(xiàng)打開(kāi)“元件”菜單，選取“切除”選項(xiàng)； 2） 根據(jù)系統(tǒng)提示選取右蓋為被切除元件，單擊“確定”，接著選取和其有相交關(guān)系的兩個(gè)銷作為切除參照元件； 3） 最后單擊“再生”，再生后轉(zhuǎn)配結(jié)果如圖，被切除的右蓋零件會(huì)相應(yīng)變化。 （10） 裝配螺栓； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)“blot.prt”； 2） 使用“對(duì)齊”約束，選取螺栓軸線和螺栓孔軸線； 3） 使用“匹配”約束，選取螺栓頭下端面和螺栓孔上端面。 （11） 重復(fù)裝配螺栓； （12） 向組件中裝配壓緊螺母； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)角磨機(jī)零件文件Pack； 2） 使用“插入”和“匹配”兩中約束選取相應(yīng)參照。 （13） 在元件之間進(jìn)行布爾運(yùn)算 同步驟9一樣，切除壓緊螺母； （14） 裝配鍵； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)角磨機(jī)零件文件key； 2） 使用“匹配”“匹配”“匹配”三種約束方式選取相應(yīng)參照。 （15） 裝配齒輪； 1） 單擊“向組件中添加元件”按鈕，打開(kāi)角磨機(jī)零件文件gear； 2） 使用“對(duì)齊”“匹配”“匹配”三種約束方式選取相應(yīng)參照。 （16） 裝配墊片； （17） 裝配螺母； （18） 影藏曲線特征。 1） 在模型樹(shù)上選中“pack”元件，單擊右鍵，選取“打開(kāi)”打開(kāi)該元件； 2) 單擊“層”按鈕，系統(tǒng)顯示“層樹(shù)”窗口。選取“PRT_ALL_CURVES”,單擊右鍵選取保存； 3) 在空白處單擊右鍵，選取“保存狀態(tài)”； 4) 接著保存對(duì)“pack”元件的修改結(jié)果，最后的組件顯示結(jié)果如圖36。 圖36 角磨機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果 5 總結(jié) 本文詳細(xì)介紹了角磨機(jī)的三維設(shè)計(jì)，從零件建模、零件裝配設(shè)計(jì)到機(jī)構(gòu)仿真。其中齒輪軸的設(shè)計(jì)采用了參數(shù)化設(shè)計(jì)，參數(shù)化設(shè)計(jì)是Pro/E的一個(gè)重要特點(diǎn)。重點(diǎn)描述了角磨機(jī)工作原理的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)，通過(guò)直觀的三維動(dòng)畫(huà)，方便學(xué)生理解記憶，且充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，達(dá)到了降低教學(xué)成本，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。 參考文獻(xiàn) [1] 謝曉華.淺談Pro／ENGINEER的三維技術(shù)在機(jī)械專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用 [J].湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào),2005(05)：287~288 [2] 劉明光 ，蔣立軍. 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Pro／E軟件的反求工程技術(shù)與應(yīng)用[J]。機(jī)械研究與應(yīng)用，2008 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。指導(dǎo)老師具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和較高的理論水平，在治學(xué)及做人方面使我受益匪淺。衷心感謝老師對(duì)我的關(guān)心指導(dǎo)和幫助。同時(shí)對(duì)于大學(xué)幾年來(lái)關(guān)心過(guò)、指導(dǎo)過(guò)、給予我以幫助的老師一并表示感謝。非常感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師給我提供了這次良好的深入學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)和寬松的環(huán)境條件。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但使我能夠?qū)⒋髮W(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識(shí)再次回顧學(xué)習(xí)，而且也使我學(xué)到了專業(yè)領(lǐng)域中一些前沿的知識(shí)。非常感謝在本次設(shè)計(jì)中曾給予我耐心指導(dǎo)和親切關(guān)懷的老師及幫助過(guò)我的同學(xué)，正是由于他們的幫助和鼓勵(lì)才使我能夠在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學(xué)識(shí)和為人也深深地影響著我。我對(duì)指導(dǎo)老師表示崇高的敬意和誠(chéng)摯的感謝！