ZN蝸桿數(shù)控磨削工藝研究教學(xué)內(nèi)容

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。ZN蝸桿數(shù)控磨削工藝研究ZN蝸桿數(shù)控磨削工藝的研究ee（ee）指導(dǎo)教師：ee摘要ZN蝸桿又稱法向直廓蝸桿?，F(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品對蝸桿蝸輪副在承載能力，傳動效率和傳動精度等方面提出了更高的要求，為滿足這些要求，一方面是采用機械性能更好的材料和必要的熱處理，另一方面是提高加工精度,如采用磨削加工來提高蝸桿螺旋面的形狀精度和降低表面粗糙度值，因此蝸桿磨削的設(shè)計和研究有著重要的實際意義。論文首先在深入研究微分幾何和空間嚙合原理的基礎(chǔ)上，建立了法向直廓蝸桿的曲面方程，按照螺旋面的產(chǎn)生原理建立蝸桿的齒面方程，然后根據(jù)齒面空

2、間嚙合原理計算成形磨削所需的砂輪截并應(yīng)用建立的曲面方程和選定的一組符合國家標準的蝸桿參數(shù)在MATLAB編程，得出砂輪截型曲線，與理論輪廓作比較。因此對其砂輪進行修整，從而提高蝸桿的加工精度，操作方便，簡單。關(guān)鍵詞：ZN蝸桿，成形磨削，砂輪截型，砂輪修整ZNwormgrindingprocessResearchee(ee)Tutor:eeAbstract:ZNwormisalsocalledstraightsidednormalworm.Nowdays,wormgearingwhichhashigherperformanceinbearingcapacity,transmissioneffici

3、encyandtransmissionprecisionisneededinmoderindustryproducts.Inordertomeetthisdemand,twomeasurescanbetakentodealwithit;oneistoadoptnewmaterialwithhigherstrengthandtotakeheattreatmentsuchastoimprovewormshapeprecisionortodeduceitssurfaceroughness.So,wormgrindingtechnologyresearchanddevelopmenthasimport

4、antandrealmeaning.Fistly,surfaceequationofstraightsidednormalwormisbuiltonthebasisofdifferentialmeshingtheory.Theshapesectioncontourofgrindingwheelwascalculatedbyspacemeshingtheory.Theobtainedsectioncontourofgrindingwheelwasaseriesofdiscretedots.Thenthisequationisusedtosetupsolidmodelofthestraightsi

5、dednormalwormwithasetofwormparameterswhicharederivedfromnationalstandard.ThemodelingtoolsareusedhereisMATLAM,Wheelcut-typecurvesderived.Comparedwiththetheoreticaloutline.Soitswheeltrimmed,therebyimprovingprocessingaccuracyoftheworm,operatingside,theysimply.KeyWords:ZNworm,FormGrinding,Wheelcuttype,G

6、rindingWheel目錄TOCo1-3huHYPERLINKl_Toc325201緒論PAGEREF_Toc325201HYPERLINKl_Toc124881.1引言PAGEREF_Toc124881HYPERLINKl_Toc280981.1.1課題研究的目的PAGEREF_Toc280981HYPERLINKl_Toc162801.1.2課題研究的意義PAGEREF_Toc162801HYPERLINKl_Toc290481.2與本課題相關(guān)的國內(nèi)外研究情況PAGEREF_Toc290481HYPERLINKl_Toc247391.2.1典型蝸桿的發(fā)展PAGEREF_Toc247391

7、HYPERLINKl_Toc214921.2.2蝸桿傳動的發(fā)展趨勢PAGEREF_Toc214922HYPERLINKl_Toc25551.2.3蝸桿成型磨削的研究狀況PAGEREF_Toc25552HYPERLINKl_Toc1661.3本課題主要研究內(nèi)容PAGEREF_Toc1663HYPERLINKl_Toc144202法向直廊蝸桿的嚙合理論PAGEREF_Toc144204HYPERLINKl_Toc195682.1建立坐標系和坐標轉(zhuǎn)換PAGEREF_Toc195684HYPERLINKl_Toc297192.1.1建立坐標系PAGEREF_Toc297194HYPERLINKl_To

8、c207032.1.2各坐標系間的坐標變換PAGEREF_Toc207034HYPERLINKl_Toc672.2ZN蝸桿螺旋面方程的建立PAGEREF_Toc675HYPERLINKl_Toc76933蝸桿成形磨削的砂輪截型PAGEREF_Toc76939HYPERLINKl_Toc23623.1空間嚙合點計算PAGEREF_Toc23629HYPERLINKl_Toc247753.2成型砂輪截型計算PAGEREF_Toc2477510HYPERLINKl_Toc68723.3砂輪截型的曲線擬合PAGEREF_Toc687211HYPERLINKl_Toc180893.3.1雙圓弧擬合法PA

9、GEREF_Toc1808912HYPERLINKl_Toc83463.3.2雙圓弧擬合的算法PAGEREF_Toc834612HYPERLINKl_Toc307953.4利用MATLAB軟件進行數(shù)據(jù)的計算PAGEREF_Toc3079513HYPERLINKl_Toc19453.4.1MATLAB軟件的簡介PAGEREF_Toc194513HYPERLINKl_Toc4453.4.2蝸桿的基本參數(shù)的定義PAGEREF_Toc44514HYPERLINKl_Toc65543.4.3成型砂輪的截形PAGEREF_Toc655414HYPERLINKl_Toc9843.5本章小結(jié)PAGEREF_T

10、oc98417HYPERLINKl_Toc85944蝸桿的磨削的研究PAGEREF_Toc859418HYPERLINKl_Toc74764.1法向直廊蝸桿的磨削PAGEREF_Toc747618HYPERLINKl_Toc115934.2砂輪的選擇PAGEREF_Toc1159320HYPERLINKl_Toc122344.3本章總結(jié)PAGEREF_Toc1223420HYPERLINKl_Toc74185成型砂輪的修整PAGEREF_Toc741821HYPERLINKl_Toc42225.1砂輪修整器PAGEREF_Toc422221HYPERLINKl_Toc310195.2砂輪輪廓修

11、整方法PAGEREF_Toc3101921HYPERLINKl_Toc225685.3砂輪修整的工藝方法PAGEREF_Toc2256822HYPERLINKl_Toc20675.4修整的意義PAGEREF_Toc206723HYPERLINKl_Toc25285.5本章小結(jié)PAGEREF_Toc252823HYPERLINKl_Toc100456全文總結(jié)與展望PAGEREF_Toc1004524HYPERLINKl_Toc83346.1全文總結(jié)PAGEREF_Toc833424HYPERLINKl_Toc213306.2展望PAGEREF_Toc2133024HYPERLINKl_Toc26

12、126致謝PAGEREF_Toc2612625HYPERLINKl_Toc22323參考文獻PAGEREF_Toc22323261緒論1.1引言蝸桿傳動是傳遞空間交錯軸之間運動和轉(zhuǎn)矩的一種機構(gòu)，兩軸線之間的夾角可為任意值，但最常用的是兩軸在空間互相垂直，軸交角為9001。在蝸桿傳動中，普遍以蝸桿帶動蝸輪傳動，即蝸桿作為主動件蝸輪為從動件，少數(shù)情況下蝸輪也可作為主動件用來增速，如離心器中的蝸桿傳動2。本文主要研究蝸桿的工藝磨削的研究。蝸桿傳動的種類雖多，但他們的基本工作原理都是相同的，按蝸桿分度曲面的形狀不同,蝸桿傳動可分為：圓柱蝸桿傳動，環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動。圓柱蝸桿傳動又可分為：普通圓柱

13、蝸桿傳動和圓弧圓柱蝸桿傳動，其中普通圓柱蝸桿的齒面一般是在車床上用直線刀刃的車刀車制而成的(ZK型蝸桿除外)，根據(jù)車刀安裝位置的不同，所加工出的蝸桿齒面在不同截面中的齒廓曲線也不同，根據(jù)不同的齒廓曲線，普通圓柱蝸桿可分為：阿基米德圓柱蝸桿(ZA蝸桿)，法向直廓圓柱蝸桿(ZN蝸桿)，漸開線圓柱蝸桿(ZI蝸桿)和錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(ZK蝸桿)等四種3。蝸桿蝸輪機構(gòu)是機械設(shè)備中的重要傳動元件，它具有減速比大、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，廣泛應(yīng)用在各種傳動裝置和分度機構(gòu)中，尤其是近年來隨著精密機床的需求不斷增多，高精度蝸桿機構(gòu)的制造越來越受到重視。提高蝸桿機構(gòu)的工作性能有兩個重要的途徑，一是采用綜合機械性能好的材料

14、和必要的熱處理工藝，另一個是提高制造精度，如采用磨削來提高蝸桿齒面的形狀精度和表面性能。在重要應(yīng)用場合的蝸桿蝸輪蝸桿機構(gòu)，常需要具有修緣齒形的蝸桿，對蝸桿的磨削加工提出更高要求。成形砂輪的修整是成形磨削的重要技術(shù)之一，因此當(dāng)前的高檔成形磨床，都配有數(shù)控砂輪修整系統(tǒng)。然而在蝸桿成形磨削這一領(lǐng)域，尤其是對齒形修緣蝸桿的高精度磨削，國內(nèi)的研究與國外相比有明顯的差距4-7。1.1.1課題研究的目的本研究課題為法向直廓蝸桿磨削工藝的研究，蝸桿的應(yīng)用越來越廣泛，精度要求也越來越高。磨削是提高此類零件加工精度的關(guān)鍵，磨削用砂輪截型的精確計算是保證精度的前提。文中提出一種蝸桿磨削用砂輪截型的計算方法。利用計算

15、機圖形學(xué)理論模擬蝸桿磨削的空間運動，通過空間幾何的相對變換，推導(dǎo)砂輪的截型數(shù)據(jù)以得到砂輪的精確截型。1.1.2課題研究的意義現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)對蝸輪副在承載能力，傳動效率和傳動精度等方面提出了更高的要求。為滿足這些要求，一方面是采用綜合機械性能好的材料和必要的熱處理，另一方面是提高制造精度，如采用磨削加工來提高蝸桿螺旋面的形狀精度和降低表面粗糙度值(當(dāng)然也包括加工蝸輪的蝸桿滾刀)，因此蝸桿磨削的設(shè)計和研究有著重要的實際意義。而從當(dāng)今研究現(xiàn)狀可以看出，蝸桿傳動在理論和加工方面都有較為深入的研究，但大部分的的研究對象都是環(huán)面蝸桿副，如標準型雙圓環(huán)面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動嚙合性能的研究8-10、滾錐齒超環(huán)面

16、行星蝸桿傳動嚙合特性分析11、平面內(nèi)齒輪包絡(luò)凸環(huán)面蝸桿傳動嚙合性能分析12等，而法向直廓蝸桿這類圓柱蝸桿的相關(guān)研究卻比較少見。因此，為了今后的發(fā)展，進而提高產(chǎn)品質(zhì)量，來研究法向直廊蝸桿的工藝磨削。目前，隨著數(shù)控技術(shù)的普及，采用成型砂輪磨削圓柱蝸桿的優(yōu)勢越來越明顯。一方面，可以提高蝸桿齒面硬度，延長蝸桿的使用壽命；另一方面，采用數(shù)控技術(shù)修型砂輪可以使蝸桿的型面精度高、質(zhì)量穩(wěn)定。但是，磨削用砂輪的修型質(zhì)量直接決定了磨削后的蝸桿質(zhì)量。1.2與本課題相關(guān)的國內(nèi)外研究情況1.2.1典型蝸桿的發(fā)展關(guān)于蝸桿傳動最早的研究應(yīng)是古希臘學(xué)者阿基米德,據(jù)亞歷山大時代的Pappus與Hieron的記，當(dāng)時出現(xiàn)了一個蝸

17、輪與九個齒輪的省力裝置,使得人們可以用130公斤的力量舉起26噸的重物，大約放大200倍的效能。根據(jù)Pappus的記載，阿基米德曾經(jīng)利用前述裝置，以僅僅少數(shù)奴隸就將一艘大戰(zhàn)艦Syrakusia推入海中，并引起當(dāng)時社會巨大的回響。理解各種省力裝置的巨大效能之后，難怪阿基米德會說：只要給我一個適合的支點，我可以搬動整個大地。另外，前述的Hieron和巧Vitruvius曾在自己的著作中提及以蝸輪作為測量距離的量程機構(gòu)，可見在當(dāng)時齒輪傳動的準確性已為人所熟知。1765年英國人Hindley首次提出弧面蝸桿傳動“HourglassWormGearing”；此后經(jīng)過一百多年，到1928年美國人做了重大改

18、進，逐步發(fā)展到今天,成為目前世界著名的“oneWorm”。1922年美國研制成被譽為威氏蝸桿“WildhaberWorm”的平面直齒蝸桿傳動；五十年代,日本人發(fā)展了此項技術(shù),就是面蝸桿傳動“PlanaWorm”。我國自二十世紀六十年代開展了平面蝸輪副的研究工作，先后應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐傾動裝置、滾齒機工作臺分度蝸輪副、天文望遠鏡分度蝸輪副等機構(gòu)中。1971年首都鋼鐵公司機械廠制成我國首套平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿副，1977年由北京市和原冶金工業(yè)部命名為“首鋼(SG)-71型蝸桿副”。至此以平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動后受到多方面的重視，許多高等院校和科研單位，如重慶大學(xué)、北京科技大學(xué)、鄭州機械研究所等，對此做了許多研究

19、、試驗和樣機試做工作，同樣取得了很多成果13。理論研究成就推動了平面二次包絡(luò)蝸桿傳動在我國的推廣及應(yīng)用，目前我國生產(chǎn)環(huán)面蝸桿副大型廠家不下于百家，年產(chǎn)量不低于10000臺套。在引進技術(shù)和設(shè)備方面也取得了重大的成果，橡膠輪胎定性硫化機中主動件原為日本的尼曼蝸桿及美國的conedrive蝸桿，而國內(nèi)生產(chǎn)的輪胎硫化機中則成功的使用了SG-71型蝸桿減速器將其代替，并已能夠批量生產(chǎn)且向國外出口14。至于法向直廓蝸桿，由于其端面上的齒廓為延伸漸開線，軸向剖面上的齒廓為凸形曲線，齒或齒槽在法向剖面為直邊齒廓，可以用砂輪端面磨削齒形。因而能夠制造嚙合平穩(wěn)，耐磨性好，且傳動效率高的高精度蝸桿蝸輪。這種齒廓的蝸

20、桿副，廣泛應(yīng)用于各種精密機械傳動的分度元件。在機床工業(yè)中，用作各種齒輪加工機床，刻線機，分度轉(zhuǎn)臺等的分度蝸桿蝸輪。重慶機床廠研制的YG3780型蝸輪母機即是法向直廓蝸桿的一個應(yīng)用典范，曾獲得1978年的全國科學(xué)大會獎。隨著蝸桿傳動的快速發(fā)展，現(xiàn)階段蝸桿在結(jié)構(gòu)方面的研究已經(jīng)達到了瓶頸，人們開始把注意里集中于蝸桿傳動的微觀部分，如蝸桿傳動的誤差分析15、蝸桿的受力分析16以及蝸桿傳動的參數(shù)化設(shè)計17等。蝸桿傳動逐漸與計算機輔助設(shè)計相結(jié)合，運用軟件來模擬其傳動過程、加工過程等，并且能夠?qū)ζ涮摂M模型進行人們所需要的各方面的分析18-21。通常情況下人們對蝸桿實體的研究，不僅實驗的樣品蝸桿副需要達到一定

21、的精度，復(fù)雜實驗過程也需要花費大量的時間和精力，而蝸桿傳動模型的數(shù)字化發(fā)展就良好的解決了這些問題。1.2.2蝸桿傳動的發(fā)展趨勢目前，蝸桿傳動的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在對改善蝸桿傳動質(zhì)量的途徑與措施的研究，主要發(fā)展趨勢有：1)研究蝸桿加工的可視化和仿真理論，包括運動的仿真，數(shù)控加工的仿真等，使蝸桿的研究可視化，是深入研究嚙合理論等的基礎(chǔ)應(yīng)用工具。2)研究砂輪修整技術(shù)及修整對加工精度的影響。3)改善蝸桿副嚙合瞬時接觸線的形狀，增大齒面接觸點處的誘導(dǎo)曲率半徑。近年出現(xiàn)的各種新型蝸桿傳動及變態(tài)蝸桿傳動，都是朝著這方面努力的結(jié)果。1.2.3蝸桿成型磨削的研究狀況很多學(xué)者對一些常用類型蝸桿的成形磨削進行了研究。

22、韓云鵬、孟劍鋒22等通過建立包含砂輪修整參數(shù)的ZK蝸桿齒面數(shù)學(xué)模型，研究砂輪直徑變化對蝸桿齒形誤差的影響規(guī)律，分析了其齒形誤差與蝸桿頭數(shù)、蝸桿模數(shù)和蝸桿直徑等參數(shù)之間的關(guān)系。并根據(jù)優(yōu)化設(shè)計理論，將計算出的砂輪最佳修整參數(shù)加入蝸桿方程的計算中，提出了砂輪廓形的智能化修整的原理，對ZK蝸桿磨削的砂輪智能化修整提供了重要的理論參考。蔡磊、李志23等對法向直廓蝸桿磨削運動的仿真進行了研究，在MATLAB和CATIA中建立蝸桿和砂輪的實體模型，并將模型導(dǎo)入到OpenGL中編程，實現(xiàn)了砂輪磨削蝸桿的運動仿真。文獻中對法向直廓蝸桿進行了詳細的建模分析，利用金剛筆對砂輪廓形修整對ZN蝸桿的磨削研究有一定的指導(dǎo)

23、意義，但是沒有對工程中常用的修緣齒形ZN蝸桿進行討論分析。1.2.4砂輪修整器的研究狀況國產(chǎn)C8955鏟床上的修砂輪工具,其所修整的砂輪，一般只能磨小螺旋角蝸桿，對大螺旋角蝸桿磨削，存在齒形干涉等問題無法解決，只能手工修整，用樣板檢查齒形，這樣，不僅需技術(shù)較熟練的工人，而且質(zhì)量不易保證。為此,很據(jù)英國蝸桿磨床的砂輪修整工具工作原理，制造了一個砂輪修整工其，所修整的砂輪，可對阿基米德蝸扦、齒槽法向直廓蝸桿、齒紋法向直腳蝸桿等大螺旋角蝸桿磨削，工具操作方便，容易掌握，可保證加工質(zhì)量，使用效果較好。利用金剛石筆修整砂輪的方法對機床的機械系統(tǒng)指標要求較高，且刀具的精度不穩(wěn)定，易產(chǎn)生修整誤差。隨著磨削技

24、術(shù)的發(fā)展，在成型磨削中利用金剛石輪來修整砂輪的方法越來越多地被生產(chǎn)廠家采納，例如任小中、鄧效忠24等利用漸開線的插補原理，研制一種利用金剛輪作為修整工具的成形砂輪修整裝置，并在數(shù)控成形磨齒上完成了砂輪修整實驗。1.3本課題主要研究內(nèi)容課本題重點根據(jù)根據(jù)砂輪修整器的結(jié)構(gòu)，研究ZN蝸桿的磨削工藝，了解蝸桿的精加工方法，對蝸桿的磨削機理進行分析與計算、依據(jù)空間齒面嚙合原理建立蝸桿磨削模型，推導(dǎo)蝸桿加工時的砂輪的理論廓形。用蝸桿法向齒廓參數(shù)建立蝸桿螺旋面數(shù)學(xué)模型，并引入齒形修緣參數(shù)；依據(jù)蝸桿成形磨削時蝸桿齒面與砂輪回轉(zhuǎn)面之間的空間嚙合關(guān)系，計算成形砂輪的截形數(shù)據(jù)；依據(jù)計算數(shù)據(jù)，在數(shù)控砂輪修整器上修整砂

25、輪；用砂輪磨削蝸桿并檢驗。主要做以下幾個方面：（1）建立蝸桿坐標系并生成蝸桿母線；（2）在蝸桿坐標系中，旋轉(zhuǎn)、平移蝸桿母線生成蝸桿螺旋面方程；（3）根據(jù)砂輪和蝸桿磨削模型，建立砂輪桿坐標系和砂輪軸截型平面；（4）將蝸桿坐標系中的蝸桿螺旋面（母線所有位置的集合）變換到砂輪坐標系中；（5）將蝸桿所對應(yīng)的母線沿著砂輪的旋轉(zhuǎn)方向進行旋轉(zhuǎn)投影；（6）將投影線進行包絡(luò)，得到所需的砂輪的軸截面中的截型；（7）模型建立之后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB軟件中進行分析重新計算成形砂輪截形，生成加工程序代碼，之后對砂輪進行修整和蝸桿的重磨，最終實現(xiàn)齒形修緣ZN蝸桿的高精度磨削。2.電機選擇2.1電動機選擇2.1.1選擇電

26、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：；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

27、齒數(shù)1按傳動方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動。2絞車為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）。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280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。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(shè)計由機械設(shè)計設(shè)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(shè)計第八版圖10-30選取區(qū)域系數(shù)。（3）由機械設(shè)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(shè)計第八版表10-7選取

28、齒寬系數(shù)（6）由機械設(shè)計第八版表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)（7）由機械設(shè)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(yīng)力循環(huán)次數(shù)。（9）由機械設(shè)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(yīng)力。取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由機械設(shè)計第八版式（10-12）得（11）許用接觸應(yīng)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

29、數(shù)K。已知使用系數(shù)根據(jù)v=7.6m/s,7級精度，由機械設(shè)計第八版圖10-8查得動載系數(shù)由機械設(shè)計第八版表10-4查得的值與齒輪的相同，故由機械設(shè)計第八版圖10-13查得由機械設(shè)計第八版表10-3查得.故載荷系數(shù)2=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(shè)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(shè)計第八版圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)（3）計算當(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)。由機械設(shè)計第八版表10-5查得（6）由機械設(shè)計第八版圖10

30、-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(shè)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(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4,由機械設(shè)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(shè)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(yīng)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=將中以距圓整為141mm.3.4.2按圓整后的中心距修

31、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(shè)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

32、.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(shè)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(yīng),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(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標準GB/T5014-2003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.4.1.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)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

33、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(yīng)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=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

34、，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

35、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

36、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

37、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(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)

38、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

39、轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標準GB/T5014-2003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(shè)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(yīng)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

40、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(shè)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。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

41、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

42、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(fù)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，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(shè)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

43、，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(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

44、”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(shè)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”選項保存設(shè)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(shè)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

45、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。55-15基準平面對話框5-15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

46、右工具箱中單擊按鈕打開設(shè)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

47、-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(fù)制齒廓曲線1在主菜單中依次選擇“編輯”“特征操作”選項，打開“菜單管理器”菜單，選擇其中的“復(fù)制”選項，選取“移動”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(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(be

48、ta/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

49、”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，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)

50、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(yīng)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(shè)置圖5-37復(fù)制生成的第二個輪齒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，“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