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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。复杂ZC蜗杆截面螺杆磨削的技术研究设计说明书-复杂截面螺杆的磨削技术研究（ZC蜗杆）作者:ee（ee）指导教师：ee摘要蜗杆的应用越来越广泛,精度要求也越来越高。磨削是提高此类零件加工精度的关键,磨削用砂轮截型的精确计算是保证精度的前提。文中提出一种蜗杆磨削方法，是用CNC砂轮修整器对砂轮先进行修整，然后再用磨削好的砂轮对蜗杆进行磨削。利用matlab计算砂轮的截型数据以得到砂轮的精确截型。蜗杆的应用越来越广泛,精度要求也越来越高。磨削是提高此类零件加工精度的关键,磨削用砂轮截型的精确计算是保证精度的前
2、提。文中提出一种蜗杆磨削方法，是用CNC砂轮修整器对砂轮先进行修整，然后再用磨削好的砂轮对蜗杆进行磨削。利用matlab计算砂轮的截型数据以得到砂轮的精确截型。圆弧圆柱蜗杆(ZC型蜗杆)传动是一种新型圆柱蜗杆传动。圆弧圆柱蜗杆传动与普通的圆柱蜗杆传动相比，具有承载能力大、传动效率高设计灵活等优点。本课题开发主要用于螺纹磨床CNC砂轮修整器控制软件，修整用于磨削ZC型蜗杆的砂轮。进行磨削机理的分析与计算，砂轮修整控制软件设计、开发和调试，分析磨削干涉、理论计算齿形误差等问题，生成数控代码并在现有的数控设备上进行试验分析。关键字砂轮、修整器、CNC砂轮修整器、ZC型蜗杆磨削。Grindingtec
3、hnologyanditsresearchofcomplexsectionscrew.Keywords:grindingwheelCNCgrindingwheeldressingZCwormgrinding.Author：ee(ee）Tutor：eeThistopicisdevelopmentmainlyusedforCNCgrindingwheeldressingscrewgrindingmachineiscontrolledbythesoftware,dressingforgrindingwheeltypeZCworm.Grindingmechanismanalysisandcalcula
4、tion,grindingwheeldressingcontrolsoftwaredesign,developmentandtesting,analysisgrinding,theoreticalcalculationinterferencegear-shapeerror,codegenerationandintheexistingnumericalcontrolequipmentontheexperimentalanalysisAbstract:Thewormisusedmoreandmorewidely,moreandmorehighaccuracyrequirements.Grindin
5、gisthekeytoimprovethemachiningprecision,accuratecalculationofgrindingwheelsectionisthepremiseofensuringtheaccuracyofAwormgrindingmethodisproposedinthispaper,CNCisusedtogrindingwheelcorrectorofthegrindingwheelgrindingwheelfirst,andthengrindingthewormgrinding.Precisionsectiontogetthewheelbycutdataderi
6、vationoftheMATLABgrindingwheel,whileavoidinginterference.Circularcylindricalworm(ZCworm)transmissionisanewtypeofcylindricalwormdrive.Circularcylindricalwormdrivewithcylindricalwormdriveordinary,hasbiggerbearingcapacity,hightransmissionefficiencyandflexibledesignetc.目录1绪论11.1与本课题相关领域国内外研究背景11.1.1蜗杆成形
7、磨削研究现状11.1.2砂轮修整技术研究21.1.3蜗轮蜗杆传动特点21.1.4蜗杆的分类31.1.5ZC蜗杆简介51.2论文研究的目的和意义61.3课题设计思路及方案62.ZC1蜗杆磨削加工数学模型82.1加工坐标系设置82.1.1加工坐标系设置82.1.2ZC型蜗杆螺旋面磨削加工数学模型92.2砂轮直径变化对ZC蜗杆齿形影响112.3ZC1蜗杆磨削中砂轮廓形修整122.3.1ZC1蜗杆磨削砂轮廓形修整数学模型132.3.2砂轮廓形计算原理142.3.3实例分析162.3.4程序编写172.4修型方案193CNC砂轮修整器设计213.1引言213.2常见的砂轮修整方法213.3ZC1蜗杆磨削
8、用CNC砂轮修整器的设计223.3.1CNC砂轮修整器的结构方案223.3.2CNC砂轮修整器的数控系统组成233.3.2CNC砂轮修整器的进给控制策略244砂轮磨削干涉问题254.1影响砂轮修整精度的因素分析254.1.1干涉现象产生的原因254.1.2不产生干涉现象的校验条件264.1.3根据校验条件校验干涉275蜗杆齿形误差分析295.1成形砂轮廓形修形误差引起的齿形误差分析295.2砂轮与蜗杆的相对位置误差引起的齿形误差分析295.2.1齿形误差分析原理295.2.2砂轮截形偏移引起的齿形误差分析305.2.3砂轮安装角误差、中心距误差与砂轮修整后引起的齿形误差分析31参考文献34-1
9、绪论1.1与本课题相关领域的国内外研究背景1.1.1蜗杆成形磨削的研究现状蜗杆蜗轮机构是机械设备中地重要传动元件，它具有减速比大、结构紧凑等特点，广泛应用在各种传动装置和分度机构中，尤其是近年来随着精密机床的需求不断增多，高精度蜗杆机构的制造越来越受到重视。提高蜗杆机构的工作性能有两个重要的途径，一是采用综合机械性能好的材料和必要的热处理工艺，另一个是提高制造精度，如采用磨削来提高蜗杆齿面的形状精度和表面性能。成形砂轮的修整是成形磨削的重要技术之一，因此当前的高档成形磨床，都配有数控砂轮修整系统。然而在蜗杆成形磨削这一领域，尤其是对齿形修缘蜗杆的高精度磨削，国内的研究与国外相比有明显的差距。蜗
10、杆成形磨削研究的重点是通过对蜗杆齿面的建模分析和计算，得出成形砂轮的截形。与齿轮类似，蜗杆的成形磨削理论是以空间齿面啮合理论为基础进行研究的。齿轮啮合理论在近年来不断完善，其中F.L.李特文、吴序堂等利用微分几何的方法对齿面啮合理论进行研究，总结空间齿面啮合的通用理论，并简化了著名的运动学法，即:互为包络的两齿面，在接触点处的相对运动速度矢量v与两齿面的公法线矢量n垂直。KlockeFritz,Kuan-YuChen、刘丰林等对蜗杆曲面数学模型的建立作了进一步的研究，并深入探讨了蜗杆齿形检测与误差分析的方法，为蜗杆齿面的磨削理论研究提供了重要的参考依据很多学者对一些常用类型蜗杆的成形磨削进行了
11、研究。魏静、张光辉等对圆弧圆柱蜗杆（ZC1）蜗杆磨削过程中砂轮直径变化所引起的齿形误差进行分析和研究，提出了适合计算的ZC1蜗杆磨削砂轮修整原理和数学模型。韩云鹏、孟剑锋等通过建立包含砂轮修整参数的ZK蜗杆齿面数学模型，研究砂轮直径变化对蜗杆齿形误差的影响规律，分析了其齿形误差与蜗杆头数、蜗杆模数和蜗杆直径等参数之间的关系。并根据优化设计理论，将计算出的砂轮最佳修整参数加入蜗杆方程的计算中，提出了砂轮廓形的智能化修整的原理，对ZK蜗杆磨削的砂轮智能化修整提供了重要的理论参考，等等。蔡磊、李志明等对法向直廓蜗杆磨削运动的仿真进行了研究，在MATLAB和CATIA中建立蜗杆和砂轮的实体模型，并将模
12、型导入到OpenGL中编程，实现了砂轮磨削蜗杆的运动仿真。1.1.2砂轮修整技术的研究过去常用的砂轮修整方法是用单点金刚石修整笔进行修整，国内外很多学者、对这种方法进行了深入研究，并应用在工程实践中。例如Hong-TsuYoung,Der-JenChenlg等研究了以金刚笔作为修整工具的成形砂轮在线修整技术中设计一种以金刚笔作为修整工具的三轴联动砂轮修整器，研究了砂轮修整器安装高度误差对成型砂轮修整精度的影响。但是利用金刚石笔修整砂轮的方法对机床的机械系统指标要求较高，且刀具的精度不稳定，易产生修整误差。随着磨削技术的发展，在成型磨削中利用金刚石轮来修整砂轮的方法越来越多地被生产厂家采纳，例如
13、任小中、邓效忠等利用渐开线的插补原理，研制一种利用金刚轮作为修整工具的成形砂轮修整装置，并在数控成形磨齿上完成了砂轮修整实验。利用金刚石轮作为修整工具，常用于精密成形砂轮的修整，因此需要对金刚石轮的修整效果进行大量的研究。MalkinS、张红霞、陈志同等在进行利用金刚石轮修整陶瓷氧化铝砂轮的实验时，通过改变修整参数，对磨削力、工具表面粗糙度及表面形貌进行测量，研究了不同修整参数对磨削效果的影响，为基于金刚石轮修整砂轮的磨削钦合金修整工艺提供了参考依据。AquiarPauloR利用声发射系统在磨床上对砂轮修整进给运动进行检测，开发了在线实时检测软件系统，对声音与电信号进行检测与分析，提供实时砂轮
14、的状态监控，以实现检测精密砂轮的修整精度。目前安装数控砂轮修整装置的国产成形磨齿机床较少，其中比较有名的是陕西秦川机械发展股份有限公司开发研制的YK73125数控成形砂轮磨齿机。113蜗轮蜗杆传动特点可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小且具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。如在其重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动
15、时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高蜗杆轴向力较大。114蜗杆的分类圆柱蜗杆的齿面为圆柱螺旋面，圆柱蜗杆传动包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动两类。(1)普通圆柱蜗杆传动1)阿基米德圆柱蜗杆(ZA型)如图1-1所示，这种蜗杆，在垂直于蜗杆轴线的平面(端面)上，齿廓为阿基米德螺旋线在包含轴线的平面上的齿廓(轴向齿廓)为直线。图1-1阿基米德圆柱蜗杆2)法向直廓圆柱蜗杆(ZN型)法向直廓蜗杆，顾名思义，在法向截面上齿廓是直线，所以把它
16、叫做法向直廓蜗杆，这种蜗杆端面齿廓为延伸渐开线，也是用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工。图1-2法向直廓圆柱蜗杆3)渐开线圆柱蜗杆(ZI型)这种蜗杆的端面齿廓为渐开线，所以它相对于一个少齿数大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮，这种蜗杆也可以用两把直线刀刃的车刀在车床上加工。刀刃顶面应于基圆柱相切，其中一把刀具高于蜗杆轴线，另一把刀具则低于蜗杆轴线，这种蜗杆也可以在专用机床上磨削。4)锥面包络圆柱蜗杆(ZK型)这是一种非线性螺旋齿面蜗杆，它不能在车床上加工，只能在铣床上铣制并在磨床上磨削。加工时除工件做螺旋运动外，刀具同时绕其自身的轴线做回转运动。这是铣刀回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面，在端面和
17、法向截面上的齿廓均为曲线，这种蜗杆便于磨削，精度较高，应用比较广泛。图1-3锥面包络圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆的齿面（除ZK型蜗杆外）一般是在车床上用直线刀刃的车刀车制的。根据车刀安装位置的不同，所加工出的期杆齿面在不同截面中的齿廓曲线也不同。根据不同的齿廓曲线，普通圆柱蜗杆可分为阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）、渐开线蜗杆（ZI锅杯）、法向直廓蜗杆(ZN蜗杯）和锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）等四种。阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）这种锅杆，在垂直于蜗杆轴线的平面（即端面）上，齿廓为阿基米德螺旋线，在包含轴线的平面上的齿廓（即轴向齿廓）为直线，其齿形角为20度。它可在车床上用直线刀刃的单刀（当导程角3度时）或双刀（当3度
18、时）车削加工。安装刀具时，切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线。这种蜗杆磨削困难，当导程角较大时加工不便。法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）这种蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线，法面（N-N）时齿廓为直线。ZN蜗杆也是用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工。这种蜗杆磨削起来也比较困难。渐开线蜗杆（ZI蜗杆）这种蜗杆的端面齿廓为渐开线，所以它相当于一个少齿数（齿数等于蜗杆头数）、大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮。ZI蜗杆可用两把直线刀刃的车刀在车床上车削加工。刀刃顶面应与基圆柱相切，其中一把刀具高于蜗杆轴线，另一把刀具则低于蜗杆轴线，刀具的齿形角应等于蜗杆的基圆柱螺旋角。这种蜗杆可以在专用机床上磨削。圆弧圆柱锅杆传动和普通
19、圆柱蜗杆传动相似，只是齿廓形状有所区别。这种蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的刀具切制的，而蜗轮是用落成法制造的。在中间平面上，蜗杆的齿廓为凹弧形，而与之相配的蜗轮的齿廓则为凸弧形。所以，圆弧圆柱蜗杆传动是一种凹凸弧齿廓相啮合的传动，也是一种线接触的啮合传动。其主要特点为：效率高，一般可达90以上；承载能力高，一般可较普通圆柱蜗杆传动高出5O150；体积小；质量小；结构紧凑。这种传动已广泛应用到冶金、矿山、化工、建筑、起重等机械设备的减速机构中。锥面包络圆蜗杆（ZK蜗杆），这是一种非线性螺旋齿面蜗杆。它不能在车床上加工，只能在铣床上铣削在磨床上磨削。加工时，除工件作螺旋运动外，刀具同时绕其自身的
20、轴线作回转运动。这时，铣刀（或砂轮）回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面，在截面上的齿廓均为曲线。这种蜗杆便于磨削，蜗杆的精度较高，应用日渐广泛。(2)圆弧圆柱蜗杆传动(ZC蜗杆)圆弧圆柱蜗杆传动和普通圆柱蜗杆传动相似，只是齿廓形状有所区别。ZC蜗杆是一种非直纹面圆柱蜗杆，其齿面一般为圆弧形凹面。ZC蜗杆传动可分为圆环面包络圆柱蜗杆传动和轴向圆弧齿圆柱蜗杆传动两种类型。1)圆环面包络圆柱蜗杆传动蜗杆齿面是圆环面砂轮(砂轮轴平面上刀具产形线是圆环面母圆上的一段圆弧)与蜗杆作相对螺旋运动时，砂轮陷面族的包络面。圆环面包络圆柱蜗杆传动又分为两种类型:a.ZCl蜗杆传动蜗杆齿面是由圆环面(砂轮)形成的，
21、蜗杆轴线和砂轮轴线的轴交角等于蜗杆分度圆柱导程角，该二轴线的公垂线通过蜗杆齿槽的某一位值。砂轮与蜗杆齿面的瞬时接触线是一条固定的空间曲线。b.ZC2蜗杆传动蜗杆齿面是由圆环面(砂轮)形成的，蜗杆轴线和砂轮轴线的轴交角为某一角度，该二轴线的公垂线通过砂轮齿廓曲率中心。砂轮与蜗杆齿面的瞬时接触线是一条与砂轮的轴向齿廓互相重合的固定的平面曲线。2)轴向圆弧齿圆柱蜗杆(ZC3)传动蜗杆齿面是由蜗杆轴向平面内的一段凹圆弧绕蜗杆轴线作螺旋运动时形成的，也就是将凸圆弧车刀前刃面置于蜗杆轴向平面内，车刀绕蜗杆轴线作相对螺旋运动时所形成的轨迹曲面。115ZC蜗杆简介一个圆柱蜗杆，其轴平面或法平面的齿廓是一段圆弧
22、或是圆环面包络面的平面截线时，称这种蜗杆为圆弧圆柱蜗杆，简称ZC蜗杆。圆弧圆柱蜗杆(ZC型蜗杆)是目前应比较少的一种等升距圆柱蜗杆，其端面齿廓为阿基米德螺旋线，轴向齿廓为曲线，一般用于头数、载荷较少、转速较低的传动场合。此种蜗杆通常采用车床和铣床进行螺旋面的加工，有制造精度低、效率低、承载能力低、寿命短等缺点。为了适应高精度分度蜗杆所要求的精度高、寿命长的市场需求，提高蜗杆的齿面硬度和加工精度是一种有效的改进措施。因此，蜗杆的成形磨削就成为高精度蜗杆加工的最终加工方法。1.2论文研究的目的和意义蜗轮蜗杆传动是机械传动的基本件，是用来传递空间交错轴的运动和动力的运动机构，属于齿轮传动的范畴，其传
23、动平稳，震动、冲击、噪音均很小，传动速比大，应用广泛，是机械传动的一种主要形式，它具有传动比范围宽（通常一级传动比即可达到5100），结构紧凑，体积小，运动平稳，噪音低等优点。此外，在运动传动中，它具有对传动系统上游误差缩敛作用，因而除被广泛应用于作动力传动外，一直是机床及精密仪器精密圆分度机构的首选部件，所以国内外许多机械制造厂和使用单位都非常重视对其的研究应用和发展。ZC型蜗杆的磨削加工对蜗杆的精度、强度等都有着非常重要的意义。由于磨削力、磨削热的作用，蜗杆砂轮表面的磨粒切削刃会由机械的、化学的以及热冲击引起的磨损而钝化，使蜗杆砂轮表面的气孔被磨屑、碎磨粒、结合剂等粉末堵塞，而且砂轮表面磨
24、粒不均匀的脱落导致蜗杆砂轮的齿形发生变化，引起磨削效率和加工精度降低。为了改善蜗杆砂轮表面的这种状态，需要定期对蜗杆砂轮进行修整，将蜗杆砂轮齿形进行修整以及将表面钝化部分修去，使蜗杆砂轮恢复原有的齿形形状和切削能力。1.3课题设计思路及方案本课题开发主要用于螺纹磨床CNC砂轮修整器控制软件，修整用于磨削ZC型蜗杆的砂轮。进行磨削机理的分析与计算、砂轮修整控制软件设计、开发和调试，分析磨削干涉问题、理论计算齿形误差等问题，生成数控代码并在现有的数控设备上进行试验分析。基本思路：螺纹磨床上蜗杆磨削有两个对象，一个是蜗杆，一个是砂轮。先设计砂轮的轴截面形状，根据空间啮合原理求出与该砂轮啮合时加工出的
25、螺旋面方程，再根据啮合原理利用蜗杆尺寸反求的砂轮的尺寸，通过matlab编程求出砂轮的参数值。其过程分为以下几步：(1)先求出螺旋面方程;(2)根据螺旋面方程求出刀具回转面截形;(3)然后求出蜗杆齿面方程;(4)利用啮合原理求得接触线方程;(5)根据啮合原理，利用蜗杆的尺寸数据反向求解出磨削蜗杆时砂轮应具有的条件；课题设计方案：(1)对ZC蜗杆的螺旋面方程进行分析。（2）对磨削的原理进行分析。（3）通过matlab编程计算砂轮所应具有的参数。（4）对现有砂轮修整器的结构和工作原理进行分析。（5）制作出螺纹磨床CNC砂轮修整控制软件，然后对所要求的ZC蜗杆进行磨削，并对干涉以及误差等问题的分析。
26、2.电机选择2.1电动机选择（倒数第三页里有东东）2.1.1选择电动机类型2.1.2选择电动机容量电动机所需工作功率为：；工作机所需功率为：；传动装置的总效率为：；传动滚筒滚动轴承效率闭式齿轮传动效率联轴器效率代入数值得：所需电动机功率为：略大于即可。选用同步转速1460r/min；4级；型号Y160M-4.功率为11kW2.1.3确定电动机转速取滚筒直径1.分配传动比（1）总传动比(2)分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比则低速级的传动比2.1.4电机端盖组装CAD截图图2.1.4电机端盖2.2运动和动力参数计算2.2.1电动机轴2.2.2高速轴2.2.3中间轴2.2.4低速
27、轴2.2.5滚筒轴3.齿轮计算3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2绞车为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。3材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4选小齿轮齿数，大齿轮齿数。取5初选螺旋角。初选螺旋角3.2按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式（10-21）进行试算，即3.2.1确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数1。（2）由机械设计第八版图10-30选取区域系数。（3）由机械设计第八版图10-26查得，则
28、。（4）计算小齿轮传递的转矩。（5）由机械设计第八版表10-7选取齿宽系数（6）由机械设计第八版表10-6查得材料的弹性影响系数（7）由机械设计第八版图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。13计算应力循环次数。（9）由机械设计第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数;。（10）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由机械设计第八版式（10-12）得（11）许用接触应力3.2.2计算（1）试算小齿轮分度圆直径=49.56mm（2）计算圆周速度（3）计算齿宽及模数=2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01（4
29、）计算纵向重合度0.318124tan=20.73（5）计算载荷系数K。已知使用系数根据v=7.6m/s,7级精度，由机械设计第八版图10-8查得动载系数由机械设计第八版表10-4查得的值与齿轮的相同，故由机械设计第八版图10-13查得由机械设计第八版表10-3查得.故载荷系数11.111.41.42=2.2（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a）得（7）计算模数3.3按齿根弯曲强度设计由式（10-17）3.3.1确定计算参数（1）计算载荷系数。=2.09（2）根据纵向重合度，从机械设计第八版图10-28查得螺旋角影响系数（3）计算当量齿数。（4）查齿形系数。由表10-
30、5查得（5）查取应力校正系数。由机械设计第八版表10-5查得（6）由机械设计第八版图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；（7）由机械设计第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数，；（8）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S1.4,由机械设计第八版式（10-12）得（9）计算大、小齿轮的并加以比较。=由此可知大齿轮的数值大。3.3.2设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿面齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度得的分度圆直径100.677mm来计算应有的齿数。于是由取，则取3.4几
31、何尺寸计算3.4.1计算中心距a=将中以距圆整为141mm.3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正。3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径3.4.4计算齿轮宽度圆整后取.低速级取m=3;由取圆整后取表1高速级齿轮：名称代号计算公式小齿轮大齿轮模数m22压力角2020分度圆直径d=227=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径表2低速级齿轮：名称代号计算公式小齿轮大齿轮模数m33压力角2020分度圆直径d=327=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径4.轴的设计4.1低速轴4.1.1求输出轴上的功率转速和转矩若取每级齿轮的传动的效率,则4
32、.1.2求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为圆周力,径向力及轴向力的4.1.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据机械设计第八版表15-3,取,于是得输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩,查表考虑到转矩变化很小,故取,则:按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T5014-2003或手册,选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2500000.半联轴器的孔径,故取,半联轴器长度L=112mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.1.4轴的
33、结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案图4-1（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)根据联轴器为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3段的直径;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故1-2段的长度应比略短一些,现取.2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游子隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313。其尺寸为dDT=65mm140mm36mm，故；而。3）取安装齿轮
34、处的轴段4-5段的直径；齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为90mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度，故取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度，取。4）轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取低速轴的相关参数：表4-1功率转速转矩1-2段轴长84mm1-2段直径50mm2-3段轴长40.57mm2-3段直径62mm3-4段轴长49.5mm3-4段直径65mm4-5段轴长85mm4-5段直径
35、70mm5-6段轴长60.5mm5-6段直径82mm6-7段轴长54.5mm6-7段直径65mm（3）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面b*h=20mm12mm，键槽用键槽铣刀加工，长为L=63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。4.2中间轴4.2.1求输出轴上的功率转速和转矩4.2.2求作用在齿轮上的力（1）因已知低速级小齿轮的分度圆直径为：（2）因已知高速级
36、大齿轮的分度圆直径为：4.2.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取,于是得：轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径。图4-24.2.4初步选择滚动轴承.（1）因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游子隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为dD*T=35mm72mm18.25mm，故，；（2）取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为95mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。
37、齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度，取。（3）取安装高速级大齿轮的轴段4-5段的直径齿轮的右端与右端轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为56mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。4.2.5轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面b*h=22mm14mm。键槽用键槽铣刀加工，长为63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处
38、选轴的直径公差为m6。中间轴的参数：表4-2功率10.10kw转速362.2r/min转矩263.61-2段轴长29.3mm1-2段直径25mm2-3段轴长90mm2-3段直径45mm3-4段轴长12mm3-4段直径57mm4-5段轴长51mm4-5段直径45mm4.3高速轴4.3.1求输出轴上的功率转速和转矩若取每级齿轮的传动的效率,则4.3.2求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为4.3.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取,于是得：输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应
39、,故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩,查表,考虑到转矩变化很小,故取,则:按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T5014-2003或手册,选用LX2型弹性柱销联轴器,其公称转矩为560000.半联轴器的孔径,故取,半联轴器长度L=82mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.4轴的结构设计4.4.1拟定轴上零件的装配方案图4-34.4.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3段的直径;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D=45mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压
40、在轴的端面上,故段的长度应比略短一些,现取.2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游子隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为d*D*T=45mm*85mm*20.75mm，故；而，mm。3）取安装齿轮处的轴段4-5段,做成齿轮轴；已知齿轮轴轮毂的宽度为61mm，齿轮轴的直径为62.29mm。4）轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取。5）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器
41、与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面b*h=14mm*9mm，键槽用键槽铣刀加工，长为L=45mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。高速轴的参数：表4-3功率10.41kw转速1460r/min转矩1-2段轴长80mm1-2段直径30mm2-3段轴长45.81mm2-3段直径42mm3-4段轴长45mm3-4段直径31.75mm4-5段轴长99.5mm4-5段直径48.86mm5-6段轴长61mm
42、5-6段直径62.29mm6-7段轴长26.75mm6-7段直径45mm5.齿轮的参数化建模5.1齿轮的建模（1）在上工具箱中单击按钮，打开“新建”对话框，在“类型”列表框中选择“零件”选项，在“子类型”列表框中选择“实体”选项，在“名称”文本框中输入“dachilun_gear”，如图5-1所示。图5-1“新建”对话框2取消选中“使用默认模板”复选项。单击“确定”按钮，打开“新文件选项”对话框，选中其中“mmns_part_solid”选项，如图5-2所示，最后单击”确定“按钮，进入三维实体建模环境。图5-2“新文件选项”对话框（2）设置齿轮参数1在主菜单中依次选择“工具”“关系”选项，系统
43、将自动弹出“关系”对话框。2在对话框中单击按钮，然后将齿轮的各参数依次添加到参数列表框中，具体内容如图5-4所示，完成齿轮参数添加后，单击“确定”按钮，关闭对话框。图5-3输入齿轮参数（3）绘制齿轮基本圆在右工具箱单击，弹出“草绘”对话框。选择FRONT基准平面作为草绘平面，绘制如图5-4所示的任意尺寸的四个圆。（4）设置齿轮关系式，确定其尺寸参数1按照如图5-5所示，在“关系”对话框中分别添加确定齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径的关系式。2双击草绘基本圆的直径尺寸，将它的尺寸分别修改为、修改的结果如图5-6所示。图5-4草绘同心圆图5-5“关系”对话框图5-6修改同心圆尺寸
44、图5-7“曲线：从方程”对话框（5）创建齿轮齿廓线1在右工具箱中单击按钮打开“菜单管理器”菜单，在该菜单中依次选择“曲线选项”“从方程”“完成”选项，打开“曲线：从方程”对话框，如图5-7所示。2在模型树窗口中选择坐标系，然后再从“设置坐标类型”菜单中选择“笛卡尔”选项，如图5-8所示，打开记事本窗口。3在记事本文件中添加渐开线方程式，如图5-9所示。然后在记事本窗中选取“文件”“保存”选项保存设置。图5-8“菜单管理器”对话框图5-9添加渐开线方程4选择图5-11中的曲线1、曲线2作为放置参照，创建过两曲线交点的基准点PNTO。参照设置如图5-10所示。曲线1曲线2图5-11基准点参照曲线的
45、选择图5-10“基准点”对话框5如图5-12所示，单击“确定”按钮，选取基准平面TOP和RIGHT作为放置参照，创建过两平面交线的基准轴A_1，如图6-13所示。图5-12“基准轴”对话框图5-13基准轴A_16如图5-13所示，单击“确定”按钮，创建经过基准点PNTO和基准轴A_1的基准平面DTM1,如图5-14所示。55-15基准平面对话框5-15基准平面DTM17如图5-16所示，单击“确定”按钮，创建经过基准轴A_1，并由基准平面DTM1转过“-90/z”的基准平面DTM2，如图5-17所示。图5-16“基准平面”对话框图5-17基准平面DTM28镜像渐开线。使用基准平面DTM2作为镜像平面基准曲线，结果如图5-18所示。图5-18镜像齿廓曲线（6）创建齿根圆实体特征1在右工具箱中单击按钮打开设计图标版。选择基准平面FRONT作为草绘平面，接收系统默认选项放置草绘平面。2在右工具箱中单击按钮打开“类型”对话框，选择其中的“环”单选按钮，然后在工作区中选择图