內(nèi)圓磨削過程計(jì)算機(jī)仿真.doc

內(nèi)圓磨削過程計(jì)算機(jī)仿真e（ee）指導(dǎo)教師：e摘要隨著有限元技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，工程中越來(lái)越多的問題都采用該方法來(lái)解決。金屬磨削是機(jī)械制造行業(yè)中最重要的加工工藝，研究磨削過程、實(shí)現(xiàn)優(yōu)化磨削。圓環(huán)內(nèi)圓磨削會(huì)導(dǎo)致加工表面產(chǎn)生熱變形的尺寸誤差和形狀誤差，故應(yīng)對(duì)圓環(huán)內(nèi)圓磨削過程進(jìn)行精確分析與研究。加之圓環(huán)內(nèi)圓磨削過程是一個(gè)不斷升溫的過程，整個(gè)過程工件上的溫度在不斷變化，構(gòu)成一瞬態(tài)溫度場(chǎng)。通過分析建立溫度場(chǎng)模型、對(duì)圓環(huán)內(nèi)孔磨削溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真、分析內(nèi)圓磨削溫度場(chǎng)分布情況及受熱變形過程。因此，利用有限元軟件對(duì)內(nèi)圓磨削過程進(jìn)行模擬仿真，在很大程度上克服了數(shù)學(xué)模型難以描述、求解困難等問題。關(guān)鍵字:內(nèi)圓磨削；溫度場(chǎng)；熱變形；有限元仿真；Internal Grinding Process Computer Simulatione(e)tutor:eAbstract：Along with finite element technology development and improvement,more and more projects are solved by this method.Metal grinding machinery manufacturing industry is the most important process,grinding process,grinding to achieve optimization research.Internal grinding for circular ring causes the surface deformation of the dimension error and shape error,so the answer within the ring grinding process for accurate analysis and research.Together with the inner circular ring grinding process is a continuous heating process,the entire process of workpiece temperature changing,form a transient temperature field.Through the analysis of temperature field is established,the model of ring inner bore grinding temperature field simulation,analysis of internal grinding temperature field and thermal deformation process.Therefore,using the finite element software for internal grinding process simulation,largely overcome mathematical model is hard to describe,solve the difficult problems.Key words：internal grinding; temperature field; thermal deformation; finite element simulation;目 錄第一章 緒論11.1前言11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析21.2.1有限元法在金屬磨削研究中的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r21.2.2有限元法在金屬磨削研究中的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r31.3本文意義及研究?jī)?nèi)容3第二章 有限元簡(jiǎn)介52.1有限元法的由來(lái)52.2有限元法的基本思路52.3有限元的發(fā)展52.4有限元軟件介紹6第三章 熱分析基本知識(shí)83.1熱分析符號(hào)與單位83.2傳熱學(xué)經(jīng)典理論83.3熱傳遞方式93.3.1熱傳導(dǎo)93.4熱分析材料基本屬性93.4.1比熱容103.4.2生熱率103.5熱載荷103.6穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)熱分析103.6.1穩(wěn)態(tài)傳熱103.6.2瞬態(tài)傳熱103.7平面熱應(yīng)力11第四章 磨削溫度場(chǎng)及熱變形有限元分析124.1金屬磨削熱124.1.1磨削熱的產(chǎn)生與傳散124.1.2影響磨削溫度的主要因素134.1.3磨削區(qū)溫度分布的理論解析144.2圓環(huán)內(nèi)孔磨削有限元仿真144.2.1圓環(huán)內(nèi)孔磨削過程的數(shù)學(xué)模型154.3圓環(huán)內(nèi)孔磨削的溫度場(chǎng)分析164.3.1穩(wěn)態(tài)熱有限元建模164.3.2瞬態(tài)熱有限元建模204.4平面應(yīng)變有限元建模244.4.1前處理244.4.2加載求解244.4.3后處理254.4.4圓環(huán)內(nèi)孔磨削應(yīng)變計(jì)算結(jié)果25總結(jié)與展望29致謝31參考文獻(xiàn)32附錄3336第一章 緒論1.1前言在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中，國(guó)民經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富部分，制造業(yè)占三分之二，其它如農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)、礦業(yè)和建筑業(yè)等共占三分之一。在各種制造業(yè)中，機(jī)械制造業(yè)占據(jù)著主導(dǎo)地位，各個(gè)經(jīng)濟(jì)部門都必須有相當(dāng)比重的機(jī)械制造力量，其中磨削加工和磨削加工在機(jī)械制造過程中所占比例最大、用途最廣。目前機(jī)械制造中所有工作母機(jī)有80%90%為金屬磨削機(jī)床;美國(guó)和日本每年消耗在磨削和磨削加工方面的費(fèi)用分別高達(dá)1000億美元和10000億美元;我國(guó)所擁有的金屬磨削機(jī)床已超過300萬(wàn)臺(tái)，各類高速鋼刀具的年產(chǎn)量達(dá)3.9億件，用于制造刀具的硬質(zhì)合金年產(chǎn)量達(dá)5000噸。21世紀(jì)，磨削和切削仍將是獲得精密機(jī)械零件的最主要的加工方法。一般磨削加工作為機(jī)械零件的終加工工序，其作用是保證零件的形狀精度和表面粗糙度。但磨削過程會(huì)產(chǎn)生大量的熱，熱量傳給工件以后會(huì)使工件產(chǎn)生熱變形和熱變形誤差。以前對(duì)磨削的溫度場(chǎng)研究較多，但對(duì)磨削工件的熱變形研究較少。圓環(huán)內(nèi)孔磨削將導(dǎo)致加工表面產(chǎn)生熱變形的尺寸誤差和形狀誤差，這個(gè)誤差過大將導(dǎo)致零件無(wú)法正確工作，故應(yīng)對(duì)圓環(huán)內(nèi)孔磨削過程進(jìn)行精確分析與研究。而且磨削過程是一個(gè)很復(fù)雜的工藝過程，它不但涉及到彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)，還有熱力學(xué)、摩擦學(xué)等。磨削質(zhì)量受到砂輪形狀、磨屑流動(dòng)、溫度分布、熱流和砂輪磨損等影響。磨削表面的殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)變嚴(yán)重影響了工件的精度和使用壽命。利用傳統(tǒng)的解析法，很難對(duì)磨削機(jī)理進(jìn)行定量的分析和研究。為了深入了解工程材料的磨削加工性能，必須進(jìn)行大量的磨削試驗(yàn)，找出工程材料的磨削加工性和砂輪材料的磨削性能。而大量的磨削試驗(yàn)消耗大量的人力、物力和時(shí)間，而且單純的試驗(yàn)分析也難以找出最優(yōu)磨削參數(shù)，因此我們需要找到一種對(duì)材料磨削加工性能進(jìn)行分析的方法來(lái)減少磨削試驗(yàn)。采用可視化的數(shù)值模擬技術(shù)，借助國(guó)際上通用的大型有限元軟件，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬磨削過程的動(dòng)態(tài)模擬，以此對(duì)磨削區(qū)域中的應(yīng)力場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)磨削過程的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使金屬磨削過程的研究更加快捷有效。圓環(huán)內(nèi)圓磨削過程是一個(gè)不斷升溫的過程，整個(gè)過程工件上的溫度在不斷變化，構(gòu)成一瞬態(tài)溫度場(chǎng)。瞬態(tài)溫度場(chǎng)的解析分析比較復(fù)雜，宜采用數(shù)值仿真軟件進(jìn)行計(jì)算。ANSYS是功能較強(qiáng)的通用有限元軟件，通常用于工程上的復(fù)雜問題計(jì)算。本文運(yùn)用這個(gè)仿真軟件，對(duì)圓環(huán)內(nèi)圓磨削過程的熱變形進(jìn)行有效分析與研究。由此可見，磨削熱的產(chǎn)生不僅會(huì)對(duì)工件的加工表面質(zhì)量產(chǎn)生影響，還會(huì)影響工件的加工精度。在超精密加工中，磨削熱產(chǎn)生的負(fù)面影響尤其不可低估。過去對(duì)于磨削加工機(jī)理的認(rèn)識(shí)有限，而磨削加工過程的實(shí)際調(diào)整多數(shù)是靠試湊法(即憑操作者所積累的大量經(jīng)驗(yàn)知識(shí))來(lái)完成，特別是有關(guān)磨削溫度分析模型，多是通過單因素獲得的。隨著計(jì)算機(jī)性能的日益提高，仿真技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，這給磨削理論的研究帶來(lái)了新的思路，使我們有可能克服傳統(tǒng)研究方法的局限性，深入研究磨削過程中磨削溫度的變化及熱變形過程。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析對(duì)于工程技術(shù)問題，通過建立數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用解析法可以獲得精確解。但大多數(shù)情況下，數(shù)學(xué)模型都包含于分復(fù)雜的非線性微分方程，解析法無(wú)法應(yīng)用。對(duì)于這類問題，可利用有限元數(shù)值模擬技術(shù)，將物理模型離散成有限的單元，通過設(shè)定初始條件和邊界條件，借助計(jì)算機(jī)求解每個(gè)單元對(duì)應(yīng)的線性方程組，從而獲取滿足工程需要的數(shù)值解。1.2.1有限元法在金屬磨削研究中的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r最早研究金屬磨削機(jī)理的是Merchant, Lee and Shaffer等人。前者基于最小能量原理，于1941年建立了金屬磨削的剪磨角模型，并確定了剪磨角與前角之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，該模型只考慮了磨削時(shí)作用在磨屑上的力，沒有考慮應(yīng)力分布的問題;后者假定被加工材料是理想的塑性材料，在加工過程中不會(huì)產(chǎn)生硬化，并應(yīng)用了塑性理論建立滑移線為直線的滑移線場(chǎng)，從而提出了自己的剪磨角模型，該模型在某些特定的情況下是不適用的。實(shí)際上，以上兩種剪磨角模型都不能與試驗(yàn)結(jié)果很好的相符。從1960年以后，大量的學(xué)者開始將磨削過程中的摩擦、高應(yīng)變率、加工硬化和磨削溫度對(duì)工件加工精度的影響考慮到金屬磨削的模型中去，這樣使得對(duì)金屬磨削仿真計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際的測(cè)量數(shù)據(jù)更加接近，增進(jìn)人們對(duì)金屬磨削機(jī)理的認(rèn)識(shí)。國(guó)內(nèi)在這方面的研究起步較晚，主要集中在幾所高校，企業(yè)尚無(wú)類似研究。最早引入有限元方法和有限元軟件對(duì)金屬磨削過程的進(jìn)行分析的是浙江大學(xué)的黃志剛、柯映林等人。他們?cè)诮饘倌ハ骷庸び邢拊M的相關(guān)技術(shù)研究一文中討論了磨削分離標(biāo)準(zhǔn)、表面接觸、自適應(yīng)網(wǎng)格等與金屬磨削加工模型密磨相關(guān)的各向技術(shù)。合肥工業(yè)大學(xué)的謝峰、趙吉文、劉正士等人借助有限元軟件成功模擬了三維磨削過程的磨屑形成、磨削區(qū)應(yīng)力、應(yīng)變變化過程及前后刀面的摩擦狀況，計(jì)算出了剪磨角。1.2.2有限元法在金屬磨削研究中的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r磨削相對(duì)于其它金屬加工方法，單位體積的材料去處需消耗更多的能量，幾乎所有的能量都轉(zhuǎn)換成熱量積聚在磨削區(qū)域，從而導(dǎo)致砂輪和工件的溫度升高。眾所周知，溫升將對(duì)工件表面精度產(chǎn)生重大影響。這一現(xiàn)象自從磨削加工方式出現(xiàn)以來(lái)就廣泛為人們所重視。對(duì)于磨削區(qū)內(nèi)工件表面層的溫度分布狀況一磨削溫度場(chǎng)，很多國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了大量研究工作，提出了磨削區(qū)溫度場(chǎng)的理論計(jì)算公式，其計(jì)算結(jié)果與在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)測(cè)結(jié)果基本相符，因而逐步被應(yīng)用于實(shí)際。實(shí)際上磨削區(qū)熱源強(qiáng)度來(lái)源于磨削時(shí)所產(chǎn)生的熱量，而熱量的一部分散失在砂輪、磨削、空氣及夾具中，濕磨時(shí)則被磨削液帶走一部分，其過程是非常復(fù)雜的L. C. Zhang和M. Mahdi將磨削熱分析歸為四類問題:(A)熱源的強(qiáng)度和分布情況;(B)介質(zhì)冷卻的對(duì)流換熱情況;(C)工件材料的熱屬性;(D)熱源的移動(dòng)情況。在國(guó)內(nèi)，上海交通大學(xué)的貝季瑤于1964年對(duì)三角形分布熱源按單向?qū)崮Ｐ图半p向?qū)崮Ｐ头謩e導(dǎo)出了磨削接觸弧區(qū)溫度的計(jì)算公式。山東石油大學(xué)的孟慶國(guó)提出按熱源強(qiáng)度分布和導(dǎo)熱方向的不同，可將磨削過程中的傳熱分為四種導(dǎo)熱模型:a)熱源強(qiáng)度均勻分布的一維導(dǎo)熱模型;b)熱源強(qiáng)度呈三角形分布的一維導(dǎo)熱模型;c)熱源強(qiáng)度均勻分布的三維導(dǎo)熱模型;d)熱源強(qiáng)度呈三角形分布的三維導(dǎo)熱模型。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者也開始利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)磨削的熱現(xiàn)象進(jìn)行仿真。華中科技大學(xué)的崔江紅和中原工學(xué)院的穆云超利用有限元軟件ANSYS對(duì)CBN砂輪平面磨削進(jìn)行了仿真。天津大學(xué)的田曉、林彬等人對(duì)杯形砂輪平面磨削溫度場(chǎng)進(jìn)行了有限元分析，討論了溫度場(chǎng)的不均勻分布現(xiàn)象。山東大學(xué)的土霖、秦勇等人對(duì)干式磨削和濕式磨削溫度場(chǎng)進(jìn)行了仿真比較。以上研究只限于對(duì)平面磨削進(jìn)行分析，到目前為止尚沒有對(duì)內(nèi)圓循環(huán)磨削過程的溫度場(chǎng)及熱變形進(jìn)行有限元分析的。1.3本文意義及研究?jī)?nèi)容本文基于彈塑性力學(xué)、傳熱學(xué)及熱力學(xué)等基本理論知識(shí)，采用有限元數(shù)值模擬技術(shù)，借助大型通用有限元軟件ANSYS，對(duì)金屬磨削結(jié)構(gòu)變形過程和磨削熱變形過程進(jìn)行了分析，主要做了以下工作:1)金屬磨削力學(xué)及變形分析。應(yīng)用金屬磨削原理、彈塑性力學(xué)等理論知識(shí)，以圓環(huán)零件為模擬對(duì)象，建立二維溫度場(chǎng)有限元模型。2)金屬磨削過程動(dòng)態(tài)模擬。對(duì)圓環(huán)內(nèi)孔磨削溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真。3)磨削溫度場(chǎng)及熱變形分析。分析內(nèi)圓磨削溫度場(chǎng)分布情況及受熱變形過程。第二章2.電機(jī)選擇2.1電動(dòng)機(jī)選擇（倒數(shù)第三頁(yè)里有東東）2.1.1選擇電動(dòng)機(jī)類型2.1.2選擇電動(dòng)機(jī)容量電動(dòng)機(jī)所需工作功率為：；工作機(jī)所需功率為：；傳動(dòng)裝置的總效率為：；傳動(dòng)滾筒 滾動(dòng)軸承效率 閉式齒輪傳動(dòng)效率 聯(lián)軸器效率 代入數(shù)值得：所需電動(dòng)機(jī)功率為：略大于 即可。選用同步轉(zhuǎn)速1460r/min ；4級(jí) ；型號(hào) Y160M-4.功率為11kW2.1.3確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取滾筒直徑1.分配傳動(dòng)比（1）總傳動(dòng)比(2)分配動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比取兩級(jí)圓柱齒輪減速器高速級(jí)傳動(dòng)比則低速級(jí)的傳動(dòng)比2.1.4 電機(jī)端蓋組裝CAD截圖 圖2.1.4電機(jī)端蓋2.2 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算2.2.1電動(dòng)機(jī)軸 2.2.2高速軸2.2.3中間軸2.2.4低速軸2.2.5滾筒軸3.齒輪計(jì)算3.1選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1按傳動(dòng)方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2絞車為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB 10095-88）。3材料選擇。由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280 HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240 HBS，二者材料硬度差為40 HBS。4選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。取5初選螺旋角。初選螺旋角3.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由機(jī)械設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-21）進(jìn)行試算，即3.2.1確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)1。（2）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖10-30選取區(qū)域系數(shù)。（3）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖10-26查得，則。（4）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。（5）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表10-7 選取齒寬系數(shù)（6）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)（7）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 。13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。（9）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖（10-19）取接觸疲勞壽命系數(shù); 。（10）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版式（10-12）得（11）許用接觸應(yīng)力3.2.2計(jì)算（1）試算小齒輪分度圓直徑=49.56mm（2）計(jì)算圓周速度（3）計(jì)算齒寬及模數(shù) =2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01（4）計(jì)算縱向重合度0.318124tan=20.73（5）計(jì)算載荷系數(shù)K。已知使用系數(shù)根據(jù)v= 7.6 m/s,7級(jí)精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表10-4查得的值與齒輪的相同，故由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖 10-13查得由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表10-3查得.故載荷系數(shù)2=2.2（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑，由式（10-10a）得（7）計(jì)算模數(shù) 3.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（10-17）3.3.1確定計(jì)算參數(shù)（1）計(jì)算載荷系數(shù)。 =2.09（2）根據(jù)縱向重合度 ，從機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)（3）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)。（4）查齒形系數(shù)。由表10-5查得（5）查取應(yīng)力校正系數(shù)。由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表10-5查得（6）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖10-24c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 ；（7）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，；（8）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4,由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版式（10-12）得（9）計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。=由此可知大齒輪的數(shù)值大。3.3.2設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù) 大于由齒面齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 的法面模數(shù)，取2，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度得的分度圓直徑100.677mm 來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由取 ，則 取 3.4幾何尺寸計(jì)算3.4.1計(jì)算中心距a=將中以距圓整為141mm.3.4.2按圓整后的中心距修正螺旋角因值改變不多，故參數(shù)、等不必修正。3.4.3計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑3.4.4計(jì)算齒輪寬度圓整后取.低速級(jí)取m=3;由 取圓整后取表 1高速級(jí)齒輪：名稱代號(hào)計(jì) 算 公 式 小齒輪大齒輪模數(shù)m22壓力角2020分度圓直徑d=227=54=2109=218齒頂高齒根高齒全高h(yuǎn)齒頂圓直徑表 2低速級(jí)齒輪：名稱代號(hào)計(jì) 算 公 式 小齒輪大齒輪模數(shù)m33壓力角2020分度圓直徑d=327=54=2109=218齒頂高齒根高齒全高h(yuǎn)齒頂圓直徑4.軸的設(shè)計(jì)4.1低速軸4.1.1求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 若取每級(jí)齒輪的傳動(dòng)的效率,則4.1.2求作用在齒輪上的力因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為圓周力 ,徑向力 及軸向力 的4.1.3初步確定軸的最小直徑先按式初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理.根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表15-3,取 ,于是得輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑.為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào).聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩, 查表考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小,故取 ,則:按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5014-2003或手冊(cè),選用LX4型彈性柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為2500000 .半聯(lián)軸器的孔徑 ,故取 ,半聯(lián)軸器長(zhǎng)度 L=112mm ,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度.4.1.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）擬定軸上零件的裝配方案 圖4-1（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度1)根據(jù)聯(lián)軸器為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要示求,1-2軸段右端需制出一軸肩,故取2-3段的直徑 ;左端用軸端擋圈,按軸端直徑取擋圈直徑D=65mm.半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上,故1-2 段的長(zhǎng)度應(yīng)比 略短一些,現(xiàn)取.2)初步選擇滾動(dòng)軸承.因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承.參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙組 、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承30313。其尺寸為dDT=65mm140mm36mm，故 ；而。3）取安裝齒輪處的軸段4-5段的直徑 ；齒輪的右端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為90mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取 。齒輪的左端采用軸肩定位，軸肩高度 ，故取h=6mm ，則軸環(huán)處的直徑 。軸環(huán)寬度 ，取。4）軸承端蓋的總寬度為20mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=30mm，故取 低速軸的相關(guān)參數(shù)：表4-1功率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩1-2段軸長(zhǎng)84mm1-2段直徑50mm2-3段軸長(zhǎng)40.57mm2-3段直徑62mm3-4段軸長(zhǎng)49.5mm3-4段直徑65mm4-5段軸長(zhǎng)85mm4-5段直徑70mm5-6段軸長(zhǎng)60.5mm5-6段直徑82mm6-7段軸長(zhǎng)54.5mm6-7段直徑65mm（3）軸上零件的周向定位齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按查表查得平鍵截面b*h=20mm12mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為L(zhǎng)=63mm,同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為14mm9mm70mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑公差為m6。4.2中間軸4.2.1求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩4.2.2求作用在齒輪上的力（1）因已知低速級(jí)小齒輪的分度圓直徑為：（2）因已知高速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為：4.2.3初步確定軸的最小直徑先按式初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理.根據(jù)表15-3,取 ,于是得：軸的最小直徑顯然是安裝軸承處軸的直徑。圖 4-24.2.4初步選擇滾動(dòng)軸承.（1）因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙組 、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承。其尺寸為dD*T=35mm72mm18.25mm，故，；（2）取安裝低速級(jí)小齒輪處的軸段2-3段的直徑 ；齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為95mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取 。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取h=6mm，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。（3）取安裝高速級(jí)大齒輪的軸段4-5段的直徑齒輪的右端與右端軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為56mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取。 4.2.5軸上零件的周向定位齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按查表查得平鍵截面b*h=22mm14mm。鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為63mm,同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為14mm9mm70mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為 。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑公差為m6。中間軸的參數(shù)：表4-2功率10.10kw轉(zhuǎn)速362.2r/min轉(zhuǎn)矩263.61-2段軸長(zhǎng)29.3mm1-2段直徑25mm2-3段軸長(zhǎng)90mm2-3段直徑45mm3-4段軸長(zhǎng)12mm3-4段直徑57mm4-5段軸長(zhǎng)51mm4-5段直徑45mm4.3高速軸4.3.1求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩若取每級(jí)齒輪的傳動(dòng)的效率,則4.3.2求作用在齒輪上的力因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為4.3.3初步確定軸的最小直徑先按式初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理.根據(jù)表15-3,取 ,于是得：輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑.為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào).聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 , 查表 ,考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小,故取 ,則:按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5014-2003 或手冊(cè),選用LX2型彈性柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為560000 .半聯(lián)軸器的孔徑 ,故取 ,半聯(lián)軸器長(zhǎng)度 L=82mm ,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度.4.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.4.1擬定軸上零件的裝配方案圖4-34.4.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度1)為了滿足半聯(lián) 軸器的軸向定位要示求,1-2軸段右端需制出一軸肩,故取2-3 段的直徑 ;左端用軸端擋圈,按軸端直徑取擋圈直徑D=45mm .半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度 ,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上 而不壓在軸的端面上,故 段的長(zhǎng)度應(yīng)比 略短一些,現(xiàn)取.2)初步選擇滾動(dòng)軸承.因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承.參照工作要求并根據(jù) ,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙組 、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承。其尺寸為d*D*T=45mm*85mm*20.75mm，故 ；而 ，mm。3）取安裝齒輪處的軸段4-5段,做成齒輪軸；已知齒輪軸輪轂的寬度為61mm，齒輪軸的直徑為62.29mm。4）軸承端蓋的總寬度為20mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=30mm，故取。 5）軸上零件的周向定位齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按 查表查得平鍵截面b*h=14mm*9mm ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為L(zhǎng)=45mm,同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為14mm9mm70mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為 。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑公差為m6。高速軸的參數(shù)：表4-3功率10.41kw轉(zhuǎn)速1460r/min轉(zhuǎn)矩1-2段軸長(zhǎng)80mm1-2段直徑30mm2-3段軸長(zhǎng)45.81mm2-3段直徑42mm3-4段軸長(zhǎng)45mm3-4段直徑31.75mm4-5段軸長(zhǎng)99.5mm4-5段直徑48.86mm5-6段軸長(zhǎng)61mm5-6段直徑62.29mm6-7段軸長(zhǎng)26.75mm6-7段直徑45mm5.齒輪的參數(shù)化建模5.1齒輪的建模（1）在上工具箱中單擊按鈕，打開“新建”對(duì)話框，在“類型”列表框中選擇“零件”選項(xiàng)，在“子類型”列表框中選擇“實(shí)體”選項(xiàng)，在“名稱”文本框中輸入“dachilun_gear”，如圖5-1所示。圖5-1“新建”對(duì)話框2取消選中“使用默認(rèn)模板”復(fù)選項(xiàng)。單擊“確定”按鈕，打開“新文件選項(xiàng)”對(duì)話框，選中其中“mmns_part_solid”選項(xiàng)，如圖5-2所示，最后單擊”確定“按鈕，進(jìn)入三維實(shí)體建模環(huán)境。圖5-2“新文件選項(xiàng)”對(duì)話框（2）設(shè)置齒輪參數(shù)1在主菜單中依次選擇“工具”“關(guān)系”選項(xiàng)，系統(tǒng)將自動(dòng)彈出“關(guān)系”對(duì)話框。2在對(duì)話框中單擊按鈕，然后將齒輪的各參數(shù)依次添加到參數(shù)列表框中，具體內(nèi)容如圖5-4所示，完成齒輪參數(shù)添加后，單擊“確定”按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。圖5-3輸入齒輪參數(shù)（3）繪制齒輪基本圓在右工具箱單擊，彈出“草繪”對(duì)話框。選擇FRONT 基準(zhǔn)平面作為草繪平面，繪制如圖5-4所示的任意尺寸的四個(gè)圓。（4）設(shè)置齒輪關(guān)系式，確定其尺寸參數(shù)1按照如圖5-5所示，在“關(guān)系”對(duì)話框中分別添加確定齒輪的分度圓直徑、基圓直徑、齒根圓直徑、齒頂圓直徑的關(guān)系式。2雙擊草繪基本圓的直徑尺寸，將它的尺寸分別修改為、修改的結(jié)果如圖5-6所示。 圖5-4草繪同心圓 圖5-5“關(guān)系”對(duì)話框 圖5-6修改同心圓尺寸 圖5-7“曲線：從方程”對(duì)話框（5）創(chuàng)建齒輪齒廓線1在右工具箱中單擊按鈕打開“菜單管理器”菜單，在該菜單中依次選擇“曲線選項(xiàng)” “從方程” “完成”選項(xiàng)，打開“曲線：從方程”對(duì)話框，如圖5-7所示。2在模型樹窗口中選擇坐標(biāo)系，然后再?gòu)摹霸O(shè)置坐標(biāo)類型”菜單中選擇“笛卡爾”選項(xiàng)，如圖5-8所示，打開記事本窗口。3在記事本文件中添加漸開線方程式，如圖5-9所示。然后在記事本窗中選取“文件” “保存”選項(xiàng)保存設(shè)置。圖5-8“菜單管理器”對(duì)話框 圖5-9添加漸開線方程4選擇圖5-11中的曲線1、曲線2作為放置參照，創(chuàng)建過兩曲線交點(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)PNTO。參照設(shè)置如圖5-10所示。曲 線1曲 線 2圖5-11基準(zhǔn)點(diǎn)參照曲線的選擇 圖5-10“基準(zhǔn)點(diǎn)”對(duì)話框5如圖5-12所示，單擊“確定”按鈕，選取基準(zhǔn)平面TOP和RIGHT作為放置參照，創(chuàng)建過兩平面交線的基準(zhǔn)軸A_1，如圖6-13所示。圖5-12“基準(zhǔn)軸”對(duì)話框 圖5-13基準(zhǔn)軸A_16如圖5-13所示，單擊“確定”按鈕，創(chuàng)建經(jīng)過基準(zhǔn)點(diǎn)PNTO和基準(zhǔn)軸A_1的基準(zhǔn)平面DTM1,如圖5-14所示。5 5-15基準(zhǔn)平面對(duì)話框 5-15基準(zhǔn)平面DTM17如圖5-16所示，單擊“確定”按鈕，創(chuàng)建經(jīng)過基準(zhǔn)軸A_1，并由基準(zhǔn)平面DTM1轉(zhuǎn)過“-90/z”的基準(zhǔn)平面DTM2，如圖5-17所示。圖5-16“基準(zhǔn)平面”對(duì)話框 圖5-17基準(zhǔn)平面DTM28鏡像漸開線。使用基準(zhǔn)平面DTM2作為鏡像平面基準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖5-18所示。圖5-18鏡像齒廓曲線（6）創(chuàng)建齒根圓實(shí)體特征1在右工具箱中單擊按鈕打開設(shè)計(jì)圖標(biāo)版。選擇基準(zhǔn)平面FRONT作為草繪平面，接收系統(tǒng)默認(rèn)選項(xiàng)放置草繪平面。2在右工具箱中單擊按鈕打開“類型”對(duì)話框，選擇其中的“環(huán)”單選按鈕，然后在工作區(qū)中選擇圖5-19中的曲線1作為草繪剖面。再圖標(biāo)中輸入拉伸深度為“b”，完成齒根圓實(shí)體的創(chuàng)建，創(chuàng)建后的結(jié)果如圖5-20所示。圖5-19草繪的圖形 5-20拉伸的結(jié)果（7）創(chuàng)建一條齒廓曲線1在右工具箱中單擊按鈕，系統(tǒng)彈出“草繪”對(duì)話框，選取基準(zhǔn)平面FRONT作為草繪平面后進(jìn)入二維草繪平面。2在右工具箱單擊按鈕打開“類型”對(duì)話框，選擇“單個(gè)”單選按鈕，使用和并結(jié)合繪圖工具繪制如圖5-21所示的二維圖形。圖 5-21 草繪曲線圖 5-22顯示倒角半徑3打開“關(guān)系”對(duì)話框，如圖5-22所示，圓角半徑尺寸顯示為“sd0”，在對(duì)話框中輸入如圖5-23所示的關(guān)系式。圖5-23“關(guān)系“對(duì)話框（8）復(fù)制齒廓曲線1在主菜單中依次選擇“編輯” “特征操作”選項(xiàng)，打開“菜單管理器”菜單，選擇其中的“復(fù)制”選項(xiàng)，選取“移動(dòng)”復(fù)制方法，選取上一步剛創(chuàng)建的齒廓曲線作為復(fù)制對(duì)象。圖5-24依次選取的 菜單2選取“平移”方式，并選取基準(zhǔn)平面FRONT作為平移參照，設(shè)置平移距離為“B”，將曲線平移到齒坯的另一側(cè)。圖5-25輸入旋轉(zhuǎn)角度3繼續(xù)在“移動(dòng)特征”菜單中選取“旋轉(zhuǎn)”方式，并選取軸A_1作為旋轉(zhuǎn)復(fù)制參照，設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度為“asin(2*b*tan(beta/d)”，再將前一步平移復(fù)制的齒廓曲線旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度。最后生成如圖5-26所示的另一端齒廓曲線。圖5-26創(chuàng)建另一端齒廓曲線（9）創(chuàng)建投影曲線1在工具欄內(nèi)單擊按鈕，系統(tǒng)彈出“草繪”對(duì)話框。選取“RIGUT”面作為草繪平面，選取“TOP”面作為參照平面，參照方向?yàn)椤坝摇保瑔螕簟安堇L”按鈕進(jìn)入草繪環(huán)境。2繪制如圖5-27所示的二維草圖，在工具欄內(nèi)單擊按鈕完成草繪的繪制。圖5-27繪制二維草圖3主菜單中依次選擇“編輯” “投影”選項(xiàng)，選取拉伸的齒根圓曲面為投影表面，投影結(jié)果如下圖5-28所示。圖5-28投影結(jié)果（10）創(chuàng)建第一個(gè)輪齒特征1在主菜單上依次單擊“插入” “掃描混合”命令，系統(tǒng)彈出“掃描混合”操控面板，如圖5-29所示。2在“掃描混合”操控面板內(nèi)單擊“參照”按鈕，系統(tǒng)彈出“參照”上滑面板，如圖6-30所示。圖5-29 “掃描混合”操作面板 圖5-30“參照”上滑面板3在“參照”上滑面板的“剖面控制”下拉列表框內(nèi)選擇“垂直于軌跡”選項(xiàng)，在“水平/垂直控制”下拉列表框內(nèi)選擇“垂直于曲面”選項(xiàng)，如圖5-30示。4在繪圖區(qū)單擊選取分度圓上的投影線作為掃描混合的掃引線，如圖5-31示。掃描引線圖5-31選取掃描引線5在“掃描混合”操作面板中單擊“剖面”按鈕，系統(tǒng)彈出“剖面”上滑面板，在上方下拉列表框中選擇“所選截面”選項(xiàng)，如圖5-32所示。圖5-32“剖面”上滑面板 圖5-33 選取截面6在繪圖區(qū)單擊選取“掃描混合”截面，如圖5-33所示。7在“掃描混合”操控面板內(nèi)單擊按鈕完成第一個(gè)齒的創(chuàng)建，完成后的特征如圖5-34所示。圖5-34完成后的輪齒特征 圖5-35“選擇性粘貼“對(duì)話框(11)陣列輪齒1單擊上一步創(chuàng)建的輪齒特征，在主工具欄中單擊按鈕，然后單擊按鈕，隨即彈出“選擇性粘貼”對(duì)話框，如圖5-35所示。在該對(duì)話框中勾選“對(duì)副本應(yīng)用移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)變換”，然后單擊“確定”按鈕。圖5-36 旋轉(zhuǎn)角度設(shè)置 圖5-37復(fù)制生成的第二個(gè)輪齒2單擊復(fù)制特征工具欄中的“變換”，在“設(shè)置”下拉菜單中選取“旋轉(zhuǎn)”選項(xiàng)，“方向參照”選取軸A_1，可在模型數(shù)中選取，也可以直接單擊選擇。輸入旋轉(zhuǎn)角度“360/z”,如圖6-36所示。最后單擊按鈕，完成輪齒的復(fù)制，生成如圖6-37所示的第2個(gè)輪齒。3在模型樹中單擊剛剛創(chuàng)建的第二個(gè)輪齒特征，在工具欄內(nèi)單擊按鈕，或者依次在主菜單中單擊“編輯” “陣列”命令，系統(tǒng)彈出“陣列”操控面板，如圖6-38所示。圖5-38 “陣列”操控面板圖5-39 完成后的輪齒 圖5-40齒輪的最終結(jié)構(gòu)4在“陣列”操控面板內(nèi)選擇“軸”陣列，在繪圖區(qū)單擊選取齒根園的中心軸作為陣列參照，輸入陣列數(shù)為“88”偏移角度為“360/z”。在“陣列”操控面板內(nèi)單擊按鈕，完成陣列特征的創(chuàng)建，如圖5-39所示。5最后“拉伸”、“陣列”輪齒的結(jié)構(gòu)，如圖5-40所示致謝本論文是在ee老師的悉心指導(dǎo)下完成的。e老師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向e老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！ 本論文的順利完成，離不開各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。感謝CAD培訓(xùn)中心老師的指導(dǎo)和幫助。后文是被我人為屏蔽掉了，想要原版嗎？小伙伴，在第2章電機(jī)選擇中CAD圖里找我聯(lián)系方式吧參考文獻(xiàn)1王定.礦用小絞車M.