諧波齒輪減速器的設計與建模

1、 e諧波齒輪減速器的設計與建模作者:e（e）指導老師：ee摘要：諧波齒輪傳動是50年代中期，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，在薄殼彈性變形的理論基礎上發(fā)展起來的一種新型的傳動技術(shù)。我國從1961年開始諧波齒輪傳動方面的研制工作，并且在研究、試制和使用方面取得了較大的成績。但是在民用產(chǎn)品應用中，諧波減速器存在著傳動“爬行”和“丟步的現(xiàn)象嚴重影響其諧波齒輪類產(chǎn)品的設計制造，也制約著其產(chǎn)品的不斷推廣，是該產(chǎn)品亟待解決的技術(shù)難題。本文主要介紹了諧波齒輪傳動的原理，發(fā)展歷史，應用領(lǐng)域，發(fā)展趨勢及其優(yōu)缺點。前半部分介紹了諧波齒輪減速器的設計計算，為了更好地分析諧波齒輪傳動，后半部分用PRO/E建立了三維模型。寫出了主

2、要零件的繪制過程，并展示了各個零部件，最后給出了裝配圖。關(guān)鍵詞諧波齒輪，傳動設計，三維模型，裝配The design and modeling of harmonic gear reducerAuthor:e(e)Tutor:eAbstractHarmonic gear transmission is developed with the of space science and thchnology in mid 50s,on the basis of elastic thin shell theory developed a new type of drive technology.So

3、far ,we have already had dozen of units engaged in the research ofthis aspect in our country ,and developed into a variety of types of harmonic gear transimission deviced.In this field it had research at different level on all issues, but many problems still has not yet been determined,and some regu

4、larity has not revealed .such as civilian products,There is “crawling”and”lost step”phenomenon in the harmonic gear reducer transmission .So it is impact on the design of harmonic gear product manufacturing,also restrict the further promotion of its products.and solove the problem that exist in the

5、transmission ,it isan urgent need of a job in the current this kind of products.This artical main introducted the theory harmonic gear reducer ,and the development history of harmonic gear drive application filed,development trend,advantagesand disadvantages.The former introduce the design and calcu

6、late of harmonic gear reducer.In order to analyze the harmonic gear drive ，The later part with PRO/E to establish the three-dimensional model.Write the drawing process of the main parts .and showing all the parts .Finally ,given the assembly diagram. Key words:Harmonic gear ,Transmission design,Thre

7、e-disminsional model ,Assemble. 第 3 頁 共52 頁目錄1.緒論11.1選題的目的及研究意義11.2課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢21.3主要研究內(nèi)容、途徑及技術(shù)路線42.諧波齒輪減速器的傳動方案的確定62.1確定傳動方案62.2、傳動方案的擬定103.諧波齒輪減速器的結(jié)構(gòu)設計和設計計算113.1傳動比的計算及柔輪剛輪齒數(shù)的確定113.2諧波傳動主要零件的材料113.2.1 柔輪113.2.2 剛輪123.2.3抗彎環(huán)123.3柔輪、剛輪、波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和尺寸計算133.3.1柔輪的結(jié)構(gòu)和尺寸133.3.2 剛輪的結(jié)構(gòu)和尺寸173.3.3波發(fā)生器的幾何尺寸計

8、算183.4驗算與校核193.4.1 柔輪的疲勞強度計算193.4.2柔輪的穩(wěn)定性校核223.4.3柔性軸承的壽命計算233.5 高、低速軸的設計243.5.1 高速軸設計243.5.2低速軸的設計。273.6各段軸上需要安裝鍵處鍵的尺寸294.諧波齒輪減速器的PRO/E三維建模304.1 Pro/E簡介304.2諧波齒輪減速器的Pro/E建模324.2.1 柔輪的建模324.2.2其他零件的Pro/E模型474.3諧波齒輪減速器的裝配48致謝53參考文獻54外文翻譯561.緒論1.1選題的目的及研究意義選題的目的：波傳動是50 年代中期隨著空間科學技術(shù)的發(fā)展，在薄殼彈性變形的理論基礎上發(fā)展起

9、來的一種新型傳動技術(shù)。我國從1961年開始諧波齒輪傳動方面的研制工作，并且在研究、試制和使用方面取得了較大的成績。到目前為止，我國已有幾十家單位從事這方面的研究工作，先后研制成多種類型的諧波齒輪傳動裝置。這些成果也很快應用于民用領(lǐng)域，為企業(yè)創(chuàng)造了很大利潤的同時，也暴露出產(chǎn)品的一些問題，如“爬行”、“丟步”現(xiàn)象。嚴重影響到諧波齒輪類產(chǎn)品的設計制造，也制約著產(chǎn)品的推廣。因此，應用科學的方法和手段對諧波齒輪進行深入的分析研究，解決存在的問題，也就更加緊迫，也非常必要，這也是我選題的目的。研究意義：諧波齒輪減速器是一種由固定的內(nèi)齒剛輪、柔輪、和使柔輪發(fā)生徑向變形的波發(fā)生器組成，具有高精度、高承載力等優(yōu)

10、點，和普通減速器相比，由于使用的材料要少50%，其體積及重量至少減少1/3。有以下優(yōu)點1.結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕；2.傳動比范圍大3.同時嚙合的齒數(shù)多。4.承載能力大。5.運動精度高。6.運動平穩(wěn)7.齒側(cè)間隙可以調(diào)整。8.傳動效率高。9.同軸性好。10.可實現(xiàn)向密閉空間傳遞運動及動力。1.2課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢諧波傳動的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 ：我國從1961年開始諧波傳動方面的研制工作，并且在研究、試制和使用方面取得了較大的成績。到目前為止，我國有幾十家單位從事這方面的研究工作，并先后研制成了多種類型的諧波齒輪傳動裝置。如傳動誤差小于9"、回差小于4"的高精度諧

11、波齒輪傳動裝置，噪聲小于45dB的高靈敏度小型諧波齒輪傳動裝置，用于水下極光探測儀的諧波傳動裝置，以及用于導彈發(fā)射架和雷達傳動系統(tǒng)中的動力諧波傳動裝置等，為我國諧波傳動的研制和開發(fā)工作打下了堅實的基礎。 北京市是中國重要的諧波傳動產(chǎn)品生產(chǎn)基地，擁有以北京中技克美諧波傳動有限公司、北京諧波傳動技術(shù)研究所和北京天階科技工業(yè)公司等為代表的諧波傳動產(chǎn)品的主要生產(chǎn)單位。國內(nèi)諧波傳動公司的產(chǎn)品已經(jīng)長期應用于國防工業(yè)和多種民用機械產(chǎn)品領(lǐng)域，部分產(chǎn)品已出口國外，并開發(fā)成功固體潤滑諧波傳動和短杯諧波傳動產(chǎn)品。 2006年，北京工商大學基于橢圓凸輪波發(fā)生器，開發(fā)成功了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的諧波齒輪傳動雙圓弧基本齒廓、

12、諧波齒輪加工刀具以及雙圓弧諧波齒輪傳動裝置。經(jīng)FEM分析顯示，雙圓弧齒形有效減小了柔輪齒根應力。對比試驗則表明，雙圓弧諧波齒輪傳動的運動精度和傳動剛度明顯優(yōu)于漸開線諧波齒輪傳動，特別是在低載荷段，傳動剛度增加了40%以上。諧波傳動的國外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 ：日本的諧波傳動技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快。1964年，日本Hasegawa齒輪公司生產(chǎn)了實用化諧波傳動減速器；1970年，Hasegawa公司與USM公司在日本東京合資創(chuàng)立了諧波傳動系統(tǒng)有限公司（Harmonic Drive System Inc.）。根據(jù)合作協(xié)議，諧波傳動系統(tǒng)公司從Hasegawa公司獲得諧波傳動機構(gòu)商業(yè)權(quán)益。1976年9月，公司資本

13、金降至1億日元，諧波傳動系統(tǒng)公司成為USM公司的全資子公司。1977年，諧波傳動系統(tǒng)有限公司開始生產(chǎn)銷售驅(qū)動器和控制器等工廠自動化設備。1984年12月，為了拓展市場，諧波傳動系統(tǒng)有限公司在臺灣和韓國設置了銷售代理。1987年，其為拓展美國市場，創(chuàng)建了子公司HD System公司，與Mitsui & Co. Ltd 簽署了在韓國的產(chǎn)品分銷協(xié)議。1988年，開始生產(chǎn)具有新開發(fā)的IH齒形的諧波傳動減速器。1989年，其創(chuàng)建全資子公司，即 “新的”諧波傳動系統(tǒng)有限公司，并轉(zhuǎn)移商業(yè)權(quán)益。以前的諧波傳動系統(tǒng)有限公司被Koden電子公司接手。1990年，公司將生產(chǎn)基地從日本Matsumoto轉(zhuǎn)移至

14、位于Nagano的Hotaka工廠，1996年與德國Harmonic Drive Antriebstechnik 公司（現(xiàn)在的Harmonic Drive 公司）簽署排他性分銷協(xié)議，后者負責在歐洲、中東、非洲、印度和拉丁美洲的產(chǎn)品銷售，同年12月簽署授權(quán)與技術(shù)支持協(xié)議。 1998年，諧波傳動系統(tǒng)有限公司進入日本證券交易協(xié)會場外交易市場；1999年，創(chuàng)立了HD物流和Harmonic Precision等子公司。2002年，其獲得了Harmonic Drive 公司25%流通股權(quán)；2004年12月，進入了Jasdaq證券交易市場；2005年，在美國創(chuàng)建Harmonic Drive L.L.C公司，

15、該公司是HD Systems與Harmonic Drive Technologies Nabtesco的合資公司。 Harmonic Drive AG成立了子公司Micromotion公司，專門負責用直接LIG工藝開發(fā)與制造微型諧波齒輪傳動（圖3）及其傳動方案，在微型諧波傳動領(lǐng)域，于2005年向市場推出了“P”齒形，目前開發(fā)出了MHD8和MHD10兩個系列的產(chǎn)品，外徑最小為8mm，采用行星齒輪傳動式波發(fā)生器，傳動比為160、500和1000，質(zhì)量最小為2.2g，重復精度可達10弧秒。 由于傳統(tǒng)工藝能加工齒輪的最小模數(shù)為60100m，因此微型諧波齒齒輪傳動元件采用了LIGA工藝制造。LIGA工藝

16、可以獲得高深寬比微結(jié)構(gòu)，它于1980年代起源于德國Karlsruhe原子核研究中心，是目前微型機系統(tǒng)（MEMS）加工的重要工藝。子公司Harmonic Drive Polymer公司專門負責用熱塑性塑料制造大減速比精密諧波齒輪傳動的開發(fā)與制造，子公司Ovalo公司則負責大批量的生產(chǎn)與應用，開發(fā)或?qū)⒂脩舳ㄖ频闹C波傳動產(chǎn)品工業(yè)化。Harmonic Drive 公司還分別在英國、法國、意大利、澳大利亞和西班牙創(chuàng)建了另外5個子公司，以加強國際銷售和本土化服務。 在諧波齒齒輪傳動中采用雙圓弧齒廓，可以有效改善柔輪齒根的應力狀況和傳動嚙合質(zhì)量，提高承載能力、扭轉(zhuǎn)剛度和柔輪疲勞壽命，并可降低最小傳動比。日本

17、的IH齒形是基于余弦凸輪波發(fā)生器開發(fā)的雙圓弧齒形，由于采用近似方法設計，應用初期出現(xiàn)了齒廓干涉等問題，但是到1990年代初期已經(jīng)基本完善。目前，日本諧波傳動系統(tǒng)有限公司的諧波產(chǎn)品有十幾個類型，二十多個系列，最小傳動比為30，型號中帶有字母“S”的，其齒形為雙圓弧齒形，產(chǎn)品壟斷了主要國際市場。其中超短杯型號CSD（圖4）和SHD，其柔輪長度僅有常規(guī)諧波傳動柔輪的1/3，既增加傳動剛度，又大幅度減輕了諧波減速器重量。此外，在諧波傳動輕量化技術(shù)方面，采用鋁等輕合金材料制造波發(fā)生器與減速器殼體等方式，減薄剛輪外緣以及改進連接結(jié)構(gòu)等形式，使整機重量大幅度減輕，在航空航天和機器人領(lǐng)域，其輕量化諧波傳動產(chǎn)品

18、系列的應用日益廣泛。 自2000年開始，日本諧諧波傳動系統(tǒng)有限公司還在中國大陸注冊了11項與諧波傳動相關(guān)的商標，其中，僅2006年就申請注冊了10項。在研究投入方面，根據(jù)公司（Harmonic Drive System Inc.）2007年財報，減速器銷售額為150億日元，占公司產(chǎn)品的75.7%；公司有研究開發(fā)人員55人，占員工比例14.9%；研究開發(fā)費用11.85億日元，占凈銷售額的6.2%。 日本諧波傳動系統(tǒng)有限公司通過持續(xù)深入的研究開發(fā)、規(guī)?；?jīng)營與資本運作，促進了新產(chǎn)品的開發(fā)和升級換代。目前，其諧波傳動產(chǎn)品不僅壟斷了主要國際市場，并且進入了中國市場。與國外，主要是日本相比，國內(nèi)諧波傳動

19、產(chǎn)業(yè)規(guī)模偏小且產(chǎn)品種類少，研究開發(fā)人員和投入不足，在加強知識產(chǎn)權(quán)保護、加快新產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品升級換代以及經(jīng)營管理等方面，日本諧波傳動系統(tǒng)有限公司的發(fā)展可以作為有益的借鑒。應用領(lǐng)域 ：航天、航空、航海、艦船、軍工、數(shù)控機床、加工中心、機器人、機械臂、假肢、紡織機械、化纖機械、化工機械、石油機械、冶金機械、礦山機械、輕工機械、食品機械、印刷噴繪機械、紙箱包裝機械、橡塑機械、能源機械、節(jié)能設備、農(nóng)林牧漁機械、醫(yī)療設備、通訊設備、電子產(chǎn)品制造設備、雷達設備、衛(wèi)星地面接收設備、氣象設備、真空制造設備、半導體制造設備、玻璃制造設備、晶體制造設備、自動控制設備、建材機械、電動工具、自動焊接設備、電纜制造設備、

20、電動閥門、高級儀器儀表、計量儀器、分析儀器、電工工具、光學制造設備、核設施、高能物理實驗研究設備、空氣動力實驗研究設備1.3主要研究內(nèi)容、途徑及技術(shù)路線本設計先確定總體思路、設計總體布局，然后以Pro/E軟件作為設計工具，使用該軟件的參數(shù)化繪圖功能，做出減速器傳動系統(tǒng)的參數(shù)化模型，在Pro/E環(huán)境下，按照減速器結(jié)構(gòu)方案對減速器中的零部件進行裝配，建立運動模型。具體研究內(nèi)容：1.設計計算部分：分析諧波齒輪機構(gòu)傳動方案，通過計算分析，確定傳動零件的各項參數(shù)并進行校核；在整機設計開發(fā)背景下，結(jié)合運動參數(shù)完成建模。 2.三維建模部分：本文利用三維建模軟件Pro/E對諧波齒輪減速器進行三維建模，并完成整

21、機的裝配。主要研究途徑和技術(shù)路線1、對國內(nèi)外現(xiàn)有減速器成型設備的技術(shù)水平、生產(chǎn)過程、控制等進行調(diào)研，歸納，調(diào)查國內(nèi)減速器情況和國內(nèi)需求情況，采用本行業(yè)專家建議結(jié)合本課題的設計，采用PEO/E建模成型及其仿真原理設計減速器。 2、查閱有關(guān)減速器、機械原理、PRO/E軟件功能等與設計相關(guān)方面的資料，研究國內(nèi)外相關(guān)的設計手冊或書籍，在保證設計方案可行性的基礎上，用PRO/E設計出減速器的結(jié)構(gòu)。 3、利用計算機三維造型軟件對機構(gòu)進行三維造型，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時修改2.電機選擇2.1電動機選擇（倒數(shù)第三頁里有東東）2.1.1選擇電動機類型2.1.2選擇電動機容量電動機所需工作功率為：；工作機所需功率為：

22、；傳動裝置的總效率為：；傳動滾筒 滾動軸承效率 閉式齒輪傳動效率 聯(lián)軸器效率 代入數(shù)值得：所需電動機功率為：略大于 即可。選用同步轉(zhuǎn)速1460r/min ；4級 ；型號 Y160M-4.功率為11kW2.1.3確定電動機轉(zhuǎn)速取滾筒直徑1.分配傳動比（1）總傳動比(2)分配動裝置各級傳動比取兩級圓柱齒輪減速器高速級傳動比則低速級的傳動比2.1.4 電機端蓋組裝CAD截圖 圖2.1.4電機端蓋2.2 運動和動力參數(shù)計算2.2.1電動機軸 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.齒輪計算3.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1>按傳動方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動。2

23、>絞車為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（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按齒面接觸強度設計由機械設計設計計算公式（10-21）進行試算，即3.2.1確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)1。（2）由機械設計第八版圖10-30選取區(qū)域系數(shù)。（3）由機械設計第八版圖10-26查得，則。（4）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。（5）由機械設計第八版表10-7 選取齒寬系數(shù)

24、（6）由機械設計第八版表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)（7）由機械設計第八版圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ；大齒輪的接觸疲勞強度極限 。13計算應力循環(huán)次數(shù)。（9）由機械設計第八版圖（10-19）取接觸疲勞壽命系數(shù); 。（10）計算接觸疲勞許用應力。取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由機械設計第八版式（10-12）得（11）許用接觸應力3.2.2計算（1）試算小齒輪分度圓直徑=49.56mm（2）計算圓周速度（3）計算齒寬及模數(shù) =2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01（4）計算縱向重合度0.318124tan=20.73（5）計算載荷系

25、數(shù)K。已知使用系數(shù)根據(jù)v= 7.6 m/s,7級精度，由機械設計第八版圖10-8查得動載系數(shù)由機械設計第八版表10-4查得的值與齒輪的相同，故由機械設計第八版圖 10-13查得由機械設計第八版表10-3查得.故載荷系數(shù)11.111.41.42=2.2（6）按實際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑，由式（10-10a）得（7）計算模數(shù) 3.3按齒根彎曲強度設計由式（10-17）3.3.1確定計算參數(shù)（1）計算載荷系數(shù)。 =2.09（2）根據(jù)縱向重合度 ，從機械設計第八版圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)（3）計算當量齒數(shù)。（4）查齒形系數(shù)。由表10-5查得（5）查取應力校正系數(shù)。由機械設計第八版表10-

26、5查得（6）由機械設計第八版圖10-24c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ；大齒輪的彎曲強度極限 ；（7）由機械設計第八版圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，；（8）計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4,由機械設計第八版式（10-12）得（9）計算大、小齒輪的 并加以比較。=由此可知大齒輪的數(shù)值大。3.3.2設計計算對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù) 大于由齒面齒根彎曲疲勞強度計算 的法面模數(shù)，取2，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度得的分度圓直徑100.677mm 來計算應有的齒數(shù)。于是由取 ，則 取 3.4幾何尺寸計算3.4.1計算中心距a=

27、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計算大、小齒輪的分度圓直徑3.4.4計算齒輪寬度圓整后取.低速級取m=3;由 取圓整后取表 1高速級齒輪：名稱代號計 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齒頂圓直徑表 2低速級齒輪：名稱代號計 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齒頂圓直徑4.軸的設計4.1低速軸4.1.1求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 若取每級齒輪的傳動的效率,則4.1.2求

28、作用在齒輪上的力因已知低速級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)機械設計第八版表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,故需同時選取聯(lián)軸器型號.聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩, 查表考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小,故取 ,則:按照計算轉(zhuǎn)矩應小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標準GB/T 5014-2003或手冊,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)軸器長度 L=112mm ,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度.

29、4.1.4軸的結(jié)構(gòu)設計（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 段的長度應比 略短一些,現(xiàn)取.2)初步選擇滾動軸承.因軸承同時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 、標準精度級的單列圓錐滾子軸承30313。其尺寸為dDT=65mm140mm36

30、mm，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)設計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承加潤滑脂的要求，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84mm1-2段直徑50mm2-3段軸長40.57mm2-3段直徑62mm3-4段軸長49.5mm3-4段

31、直徑65mm4-5段軸長85mm4-5段直徑70mm5-6段軸長60.5mm5-6段直徑82mm6-7段軸長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，長為L=63mm,同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，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。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，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

32、低速級小齒輪的分度圓直徑為：（2）因已知高速級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初步選擇滾動軸承.（1）因軸承同時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 、標準精度級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

33、了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應略短于輪轂寬度，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，長為63mm,同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，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

34、器與軸的配合為 。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，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29.3mm1-2段直徑25mm2-3段軸長90mm2-3段直徑45mm3-4段軸長12mm3-4段直徑57mm4-5段軸長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)矩若取每級齒輪的傳動的效率,則4.3.2求作用在齒輪上的力因已知低速級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

35、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,故需同時選取聯(lián)軸器型號.聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 , 查表 ,考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小,故取 ,則:按照計算轉(zhuǎn)矩 應小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標準GB/T 5014-2003 或手冊,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)軸器長度 L=82mm ,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度.4.4軸的結(jié)構(gòu)設計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

36、軸端直徑取擋圈直徑D=45mm .半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 ,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 段的長度應比 略短一些,現(xiàn)取.2)初步選擇滾動軸承.因軸承同時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 、標準精度級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)設計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及

37、便于對軸承加潤滑脂的要求，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，長為L=45mm,同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，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 。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，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80mm1-2段直徑30mm2-3段軸長45.81mm2-3

38、段直徑42mm3-4段軸長45mm3-4段直徑31.75mm4-5段軸長99.5mm4-5段直徑48.86mm5-6段軸長61mm5-6段直徑62.29mm6-7段軸長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”對話框，在“類型”列表框中選擇“零件”選項，在“子類型”列表框中選擇“實體”選項，在“名稱”文本框中輸入“dachilun_gear”，如圖5-1所示。圖5-1“新建”對話框2>取消選中“使用默認模板”復選項。單擊“確定”按鈕，打開“新文件選項”對話框，選中其中“mmns_part_solid”選項，如圖5-2所示

39、，最后單擊”確定“按鈕，進入三維實體建模環(huán)境。圖5-2“新文件選項”對話框（2）設置齒輪參數(shù)1>在主菜單中依次選擇“工具”“關(guān)系”選項，系統(tǒng)將自動彈出“關(guān)系”對話框。2>在對話框中單擊按鈕，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”對話框。選擇FRONT 基準平面作為草繪平面，繪制如圖5-4所示的任意尺寸的四個圓。（4）設置齒輪關(guān)系式，確定其尺寸參數(shù)1>按照如圖5-5所示，在“關(guān)系”對話框中分別添加確定齒輪的分度圓直徑、基圓直徑、齒根圓

40、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”對話框 圖5-6修改同心圓尺寸 圖5-7“曲線：從方程”對話框（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” “從方程” “完成”選項，打開“曲線：從方程”對話框，如圖5-7所示。2>在模型樹窗口中選擇坐標系，然后再從“設置坐標類型”菜單中選擇“笛卡爾”選項，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”

41、選項保存設置。圖5-8“菜單管理器”對話框 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)建過兩曲線交點的基準點PNTO。參照設置如圖5-10所示。曲 線1曲 線 2圖5-11基準點參照曲線的選擇 圖5-10“基準點”對話框5>如圖5-12所示，單擊“確定”按鈕，選取基準平面TOP和RIGHT作為放置參照，創(chuàng)建過兩平面交線的基準軸A_1，如圖6-13所示。圖5-12“基準軸”對話框 圖5-13基準軸A_16>如圖5-13所示，單擊“確定”按鈕，創(chuàng)建經(jīng)過基準點PNTO和基準軸A_1的基準平面DTM1,如圖5-14所示。5 5-15基準平面對話框 5-

42、15基準平面DTM17>如圖5-16所示，單擊“確定”按鈕，創(chuàng)建經(jīng)過基準軸A_1，并由基準平面DTM1轉(zhuǎn)過“-90/z”的基準平面DTM2，如圖5-17所示。圖5-16“基準平面”對話框 圖5-17基準平面DTM28>鏡像漸開線。使用基準平面DTM2作為鏡像平面基準曲線，結(jié)果如圖5-18所示。圖5-18鏡像齒廓曲線（6）創(chuàng)建齒根圓實體特征1>在右工具箱中單擊按鈕打開設計圖標版。選擇基準平面FRONT作為草繪平面，接收系統(tǒng)默認選項放置草繪平面。2>在右工具箱中單擊按鈕打開“類型”對話框，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。再圖標中

43、輸入拉伸深度為“b”，完成齒根圓實體的創(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”對話框，選取基準平面FRONT作為草繪平面后進入二維草繪平面。2>在右工具箱單擊按鈕打開“類型”對話框，選擇“單個”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”對話框，如圖5-22所示，圓角半徑尺寸顯示為“sd0”，在對話框中輸入如圖5-23所示的關(guān)系式。圖5-23“關(guān)系“對話框（8）復制齒廓曲線1>在主菜單中依次選

44、擇“編輯” “特征操作”選項，打開“菜單管理器”菜單，選擇其中的“復制”選項，選取“移動”復制方法，選取上一步剛創(chuàng)建的齒廓曲線作為復制對象。圖5-24依次選取的 菜單2>選取“平移”方式，并選取基準平面FRONT作為平移參照，設置平移距離為“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“移動特征”菜單中選取“旋轉(zhuǎn)”方式，并選取軸A_1作為旋轉(zhuǎn)復制參照，設置旋轉(zhuǎn)角度為“asin(2*b*tan(beta/d)”，再將前一步平移復制的齒廓曲線旋轉(zhuǎn)相應角度。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

45、按鈕，系統(tǒng)彈出“草繪”對話框。選取“RIGUT”面作為草繪平面，選取“TOP”面作為參照平面，參照方向為“右”，單擊“草繪”按鈕進入草繪環(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，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-

46、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，在“水平/垂直控制”下拉列表框內(nèi)選擇“垂直于曲面”選項，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，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

47、鈕完成第一個齒的創(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”對話框，如圖5-35所示。在該對話框中勾選“對副本應用移動/旋轉(zhuǎn)變換”，然后單擊“確定”按鈕。圖5-36 旋轉(zhuǎn)角度設置 圖5-37復制生成的第二個輪齒2>單擊復制特征工具欄中的“變換”，在“設置”下拉菜單中選取“旋轉(zhuǎn)”選項，“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，完成輪齒的復制，生成如圖6

48、-37所示的第2個輪齒。3>在模型樹中單擊剛剛創(chuàng)建的第二個輪齒特征，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老師的悉心指導下完成的。e老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術(shù)目標、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