雙軸轉臺的設計說明書

1、 e 題 目 雙軸轉臺的設計 學生姓名 e 學號 e 所在學院 機械工程學院 專業(yè)班級 e 指導教師 e 完成地點 e 2009 年 6 月 6 日    雙軸轉臺的設計作者：e（e）指導老師：e 摘要 本文以西泰克臥式力矩電機直驅的雙軸轉臺為分析對象，采用角接觸球軸承為支承方式，設計一臺力矩電機直驅的雙軸轉臺。力矩電機轉臺采用的直驅技術提供了高動態(tài)特性、高精度和高可靠性。安裝后無后期維護、無精度磨損?；诤唵味鴮ΨQ的結構設計，所有部件、電機、軸承完美的結合在一起，可獲得更高的穩(wěn)定性和系統(tǒng)剛性。 關鍵詞五軸聯動 雙軸轉臺 力矩電機 直驅技術 Biaxial tur

2、ntable design e(e)Tutor: eAbstract: In this paper, CyTec horizontal biaxial torque motor direct drive turntable is analyzed, using angular contact ball bearings to support the way, the design of a direct-drive torque motor biaxial turntable. Torque direct drive motor technology uses a turntable prov

3、ides a highly dynamic, high precision and high reliability. No post-maintenance after installation, no precision wear. Based on a simple and symmetrical design, all components, motors, bearings perfectly together, get a higher system stability and rigidity.Key words: Five-axis； Biaxial turntable； To

4、rque motor；Direct drive technology 引言 這次課程設計主要是培養(yǎng)學生綜合應用所學專業(yè)的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)學生建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序、規(guī)范和方法。通過機電一體化課程設計設計，可樹立正確的生產觀點、經濟觀點和全局觀點，實現由學生向工程技術人員的過渡。使學生進一步鞏固和加深對所學的知識，使之系統(tǒng)化、綜合化。培養(yǎng)學生獨立工作、獨立思考和綜合運用所學知識的技能，提高解決本專業(yè)范圍內的一般工程技術問題的能力，從而擴大、深化所學的專業(yè)知識和技能。培養(yǎng)學生的設計計算、工程繪圖、實驗研究、數據處理、查閱文獻、外文資料的閱讀與翻譯、計算機

5、應用、文字表達等基本工作實踐能力，使學生初步掌握科學研究的基本方法和思路。使學生學會初步掌握解決工程技術問題的正確指導思想、方法手段，樹立做事嚴謹、嚴肅認真、一絲不茍、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識和團結協作的工作作風。 數控技術是一門集計算機技術、自動化控制技術、測量技術、現代機械制造術、微電子技術、信息處理技術等多科學交叉的綜合技術，是近年來應用領域中發(fā)展十分迅速的一項綜合性的高新技術。 采用直驅電機的數控機床控制技術已在不同種類的機床上得到應用。直驅電機及其驅動控制系統(tǒng)在技術上已日趨成熟，具有傳統(tǒng)傳動裝置無法比擬的優(yōu)越性能。過去人們所擔心的直線電機推力小、體積大、溫升高、可靠

6、性差、不安全、難安裝、難防護等問題，隨著電機制造技術的改進，有關問題相應解決。而驅動與控制技術的發(fā)展又為其性能拓展和安全性提供了保證。選擇合適的直驅電機及驅動控制系統(tǒng)，配以合理的機床設計，完全可以設計制造出高性能、高可靠性的數控機床。 數控機床正在向精密、高速、復合、智能、環(huán)保的方向發(fā)展。精密和高速加工對傳動及其控制提出了更高的要求，更高的動態(tài)特性和控制精度，更高的進給速度和加速度，更低的振動噪聲和更小的磨損。問題的癥結在傳統(tǒng)的傳動鏈從作為動大的轉動慣量、彈性變形、反向間隙、運動滯后、摩擦、振動、噪聲及磨損力源的電動機到工作部件要通過齒輪、蝸輪副，皮帶、絲杠副、聯軸器、離合器等中間傳動環(huán)節(jié)，在

7、些環(huán)節(jié)中產生了較。雖然在這些方面通過不斷的改進使傳動性能有所提高，但問題很難從根本上解決，于出現了“直接傳動”的概念，即取消從電動機到工作部件之間的各種中間環(huán)節(jié)。隨著電機及其驅動控制技術的發(fā)展，電主軸、直線電機、力矩電機的出現和技術的日益成熟，使主軸、直線和旋轉坐標運動的“直接傳動”概念變?yōu)楝F實，并日益顯示其巨大的優(yōu)越性。力矩電機的應用，使機床的傳動結構出現了重大變化，并使機床性能有了新的飛躍。 目 錄1五軸聯動加工技術與雙軸轉臺.1 1.1五軸聯動機床發(fā)展1 1.2五軸聯動機床的種類及特點1 1.2.1立式五軸加工中心2 1.2.2臥式五軸加工中心3 1.3直驅技術的發(fā)展4 1.4 雙軸回轉

8、工作臺6 1.4.1雙軸回轉工作臺的特點6 1.4.2雙軸回轉工作臺的功用7 1.4.3雙軸轉臺的組成72雙軸轉臺整體布局72.1主要參數要求72.2轉臺的選擇8 2.3驅動元件的聯接方式82.4轉臺驅動元件的選擇82.5轉臺測量元件選擇102.6雙軸轉臺設計簡圖10 3雙軸轉臺的結構設計與電機選擇113.1力矩電動機的選擇113.2轉臺的設計133.3軸的強度校核計算14 3.4軸的剛度校核計算.14 3.5支撐元件的選型153.6連接元件163.7軸徑的估算203.8限位與鎖緊裝置203.9走線與導電環(huán)214總結與展望.21致謝22參考文獻22附錄381五軸聯動加工技術與雙軸轉臺五軸聯動數

9、控機床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復雜曲的機床，這種機床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設備等等行業(yè)，有著舉足輕重的影響力，堪稱“制造業(yè)之靈魂”。五軸聯動技術是我國走向強國的關鍵技術，尤其是把我國從制造大國轉變成制造強國的基石，因為制造業(yè)包括的范圍很廣領域較多，所以針對不同的工件則需要具有不同特點的設備，其中五軸聯動機床的布局方案較多，各有各的優(yōu)缺點。1.1五軸聯動機床發(fā)展五軸聯動機床，滿足空間曲面及任意輪廓的加工，一次裝夾完成大量的加工工序，保證精度要求。特別航空領域加工工藝的要求，對五軸聯動機床提出多軸聯動的同時，還要求機床主軸有較高的轉速，因而在五軸聯

10、動機床上還應用了諸如高速主軸、高速控制系統(tǒng)、先進刀具技術等，首先是采用直線電機驅動技術。經過十幾年的發(fā)展,直線電機技術已經非常成熟。其次是采用雙驅動技術。對于較寬工作臺或龍門架型式,如果采用中間驅動,實際無法保證驅動力在中心,容易造成傾斜,使得動態(tài)性能較差。使用雙驅動,能使動態(tài)性能非常完美。1.2五軸聯動機床的種類及特點 五軸聯動機床有立式、臥式和搖籃式、NC工作臺、C工作臺+NC分度頭、C工作臺十90OB軸C工作臺+45oB軸、C工作臺+A軸、軸NC主軸等類型。如（圖1） 圖1 1.2.1立式五軸加工中心 這類加工中心是工作臺回轉軸。設置在床身上的工作臺可以環(huán)圖2立式雙軸回轉工作臺繞X軸回轉

11、，定義為A軸，A軸一般工作范圍 30度至-120度。工作臺的中間還設有一個回轉臺，在圖示的位置上環(huán)繞Z軸回轉，定義為C軸，C軸都是360度回轉。這樣通過A軸與C軸的組合，固定在工作臺上的工件除了底面之外，其余的五個面都可以由立式主軸進行加工。A軸和C軸最小分度值一般為0.001度，這樣又可以把工件細分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。A軸和C軸如與XYZ三直線軸實現聯動，就可加工出復雜的空間曲面，當然這需要高檔的數控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持。這種設置方式的優(yōu)點是主軸的結構比較簡單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺不能設計太大，承重也較小，特別是當A軸回轉大于等于90度時，工件

12、切削時會對工作臺帶來很大的承載力矩。另一種是依靠立式主軸頭的回轉。主軸前端是一個回轉頭，能自行環(huán)繞Z軸360度，成為C軸，回轉頭上還帶可環(huán)繞X軸旋轉的A軸，一般可達±90度以上，實現上述同樣的功能。這種設置方式的優(yōu)點是主軸加工非常靈活，工作臺也可以設計的非常大，客機龐大的機身、巨大的發(fā)動機殼都可以在這類加工中心上加工。這種設計還有一大優(yōu)點：我們在使用球面銑刀加工曲面時，當刀具中心線垂直于加工面時，由于球面銑刀的頂點線速度為零，頂點切出的工件表面質量會很差，采用主軸回轉的設計， 圖3主軸回轉的立式五軸加工中心令主軸相對工件轉過一個角度，使球面銑刀避開頂點切削，保證有一定的線速度，可提高

13、表面加工質量。這種結構非常受模具高精度曲面加工的歡迎，這是工作臺回轉式加工中心難以做到的。為了達到回轉的高精度，高檔的回轉軸還配置了圓光柵尺反饋，分度精度都在幾秒以內，當然這類主軸的回轉結構比較復雜，制造成本也較高。立式加工中心的主軸重力向下，軸承高速空運轉的徑向受力是均等的，回轉特性很好，因此可提高轉速，一般高速可達1,2000r/min以上，實用的最高轉速已達到4,0000轉。主軸系統(tǒng)都配有循環(huán)冷卻裝置，循環(huán)冷卻油帶走高速回轉產生的熱量，通過制冷器降到合適的溫度，再流回主軸系統(tǒng)。X、Y、Z三直線軸也可采用直線光柵尺反饋，雙向定位精度在微米級以內。由于快速進給達到4060m/min以上，X、

14、Y、Z軸的滾珠絲杠大多采用中心式冷卻，同主軸系統(tǒng)一樣，由經過制冷的循環(huán)油流過滾珠絲杠的中心，帶走熱量。1.2.2臥式五軸加工中心此類加工中心的回轉軸也有兩種方式，一種是臥式主軸擺動作為一個回轉軸，再加上工作臺的一個回轉軸，實現五軸聯動加工。這種設置方式簡便靈活，如需要主軸立、臥轉換，工作臺只需分度定位，即可簡單地配置為立、臥轉換的三軸加工中心。由主軸立、臥轉換配合工作臺分度，對工件實現五面體加工，制造成本降低，又非常實用。也可對工作臺設置數控軸，最小分度值0.001度，但不作聯動，成為立、臥轉換的四軸加工中心，適應不同加工要求，價格非常具有競爭力。4臥式雙軸回轉工作臺另一種為傳統(tǒng)的工作臺回轉軸

15、（圖），設置在床身上的工作臺A軸一般工作范圍 20度至-100度。工作臺的中間也設有一個回轉臺 B軸，B軸可雙向360度回轉。這種臥式五軸加工中心的聯動特性比第一種方式好，常用于加工大型葉輪的復雜曲面?；剞D軸也可配置圓光柵尺反饋，分度精度達到幾秒，當然這種回轉軸結構比較復雜，價格也昂貴。 目前臥式加工中心工作臺可以做到大于1.25m2，對第一種五軸設置方式沒有什么影響。但是第二種五軸設置方式比較困難，因為1.25m2的工作臺做A軸的回轉，還要與工作臺中間的B軸回轉臺聯動確實勉為其難。臥式加工中心的主軸轉速一般在10,000rpm以上，由于臥式設置的主軸在徑向有自重力，軸承高速空運轉時徑向受力不

16、均等，加上還要采用較大的BT50刀柄，一般最高可達20,000rpm。臥式加工中心快速進給達到3060m/min以上，主軸電機功率22-40KW以上，刀庫容量按需要可從40把增加到160把，加工能力遠遠超過一般立式加工中心，是重型機械加工的首選。加工中心大多可設計成雙工作臺交換，當一個工作臺在加工區(qū)內運行，另一工作臺則在加工區(qū)外更換工件，為下一個工件的加工做準備，工作臺交換的時間視工作臺大小，從幾秒到幾十秒即可完成。最新設計的加工中心考慮到結構上要適合組成模塊式制造單元（FMC）和柔性生產線（FMS），模塊式制造單元一般至少有兩臺加工中心和四個交換工作臺組成，加工中心全部并排放置，交換工作臺在

17、機床前一字形排開，交換工作臺多的可以排成兩行、甚至雙層設計。兩邊各有一個工位作為上下工件的位置，其余工位上的交換工作臺安裝著工件等待加工，有一輛小車會按照系統(tǒng)指令，把裝著工件的交換工作臺送進加工中心，或從加工中心上取出完成加工的交換工作臺，送到下一個工位或直接送到下料工位，完成整個加工操作。柔性生產線除了小車、交換工作臺之外，還有統(tǒng)一的刀具庫，一般會有幾百把刀具，在系統(tǒng)中存入刀具的身份編碼信息，再通過刀具輸送系統(tǒng)送進加工中心，并把用完的刀具取回，柔性生產線往往還需要一臺FMS的控制器來指揮運行。1.3直驅技術的發(fā)展采用直驅技術制造回轉功能部件目前已經成為國際機床產業(yè)的發(fā)展趨勢，直驅功能部件包括

18、直驅式轉臺、擺角銑頭等。3 _! C, W7 v" E直驅技術即采用大推力力矩電機或直線電機替代原有的包括齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、滾珠絲杠傳動，即用電氣傳動替代機械傳動。直驅技術具有精度高（精度直接取決于控制技術和傳感技術）、速度快（直線電機可達100m/min,力矩電機可達500rpm）、無磨損（沒有機械磨損）、無間隙（沒有機械物理間隙）、受力狀態(tài)優(yōu)良（區(qū)域出力，沒有點接觸和線接觸受力環(huán)節(jié)）等優(yōu)勢。( f1 X8 z1 x7 k" _8 L3 b采用直驅技術設計的回轉功能部件，機械結構簡單、精度高、速度快，是三軸數控機床向高檔5軸數控機床產業(yè)升級的關鍵功能部件。 &quo

19、t; ' l8 W5 w' N7 g4 y1 G" g 6 B# o3 x6 * ) A$ 在直驅技術日益成熟的條件下，國際主流機床廠商迅速推出采用直驅技術的機床產品，而且其應用水平的提升呈加速趨勢。目前，處于世界機床產銷量前幾位的DMG、MAZAK、森精機等公司均開始大量改用直驅功能部件。DMG在其主流萬能車床產品體系CTX gamma系列車削中心中采用力矩電機驅動的單擺角銑頭。MAZAK也開發(fā)出應用于龍門加工中心的直驅雙擺角銑頭。森精機在NT系列復合加工機床上采用力矩電機驅動的擺角銑頭；在NMV系列加工中心采用力矩電機作為轉臺驅動。FANUC公司的納米級的ROBO

20、NANO 系列加工中心直線運動和回轉運動均采用直驅技術，該系列加工中心尚不對日本以外的國家銷售。德國F. Zimmerman公司不僅提供機床和直驅擺角銑頭產品，還擁有3旋轉座標擺角銑頭的專利。同時國際上還產生了一批專業(yè)從事直驅功能部件的制造商，如德國的CYTEC和KSL為機床廠配套直驅轉臺和擺角銑頭產品。圖5力矩電動機直接驅動的擺頭 圖6采用力矩電動機的雙軸轉臺( e' d- U: s% B& i; h# p: I" 我國直驅技術的發(fā)展與國際水平有很大差距。自2005年起國內就開展了以力矩電機為核心驅動元件的轉臺的技術研究和產品開發(fā)，但大多尚停留在產品樣機階段。在力矩

21、電機相關技術領域，國內與國外也存在較大差距。國際上90年代初開始應用，現在進入普及階段。國內90年代中期才開始研究，而成功的應用還比較少。包括凱奇電氣、華中數控都展出過樣機，均未形成批量產品。哈爾濱工業(yè)大學、沈陽工業(yè)大學都在力矩電機設計和應用方面開展了許多研究工作，也為社會小批量提供了一些力矩電機產品，大多配置德國科比的驅動器。2009年北京CIMT上，煙臺環(huán)球展出了應用西門子力矩電機的轉臺樣機。目前，僅有大連光洋科技工程有限公司可以提供系列化力矩電機及其配套驅動產品。大連光洋自2005年開始進行可行性技術分析和市場，經過1年的論證，于2006年正式啟動直驅關鍵功能部件（擺角銑頭、回轉工作臺）

22、開發(fā)項目，采取了與哈爾濱工業(yè)大學合作開發(fā)模式。哈爾濱工業(yè)大學在電機理論及設計技術處于國內領先地位，具有較好的技術基礎。光洋公司于2007年8月完成力矩電機的設計和制造，2007年10月完成了基于該電機的單軸精密轉臺樣機設計和制造，同時完成了高分辨率（6700萬線/轉）、高精度（±3.6角秒）的總線式力矩電機伺服驅動器樣機。近年來，光洋公司與沈陽工業(yè)大學聯合設計新一代力矩電機及其伺服驅動裝置系列化產品。光洋公司在仔細研究國外幾種典型直驅功能部件產品的基礎上，結合自身特點及優(yōu)勢，已經完成了直驅雙擺銑頭、單擺銑頭、單軸轉臺、雙軸轉臺的結構設計。目前光洋公司完成了系列化直驅功能部件樣機制造，

23、部分型號產品進入批量化制造階段。1.4 雙軸回轉工作臺雙軸回轉工作臺是五軸聯動的基礎，它能夠實現回轉軸和擺動軸的兩坐標定位。在三軸聯動的數控銑床上增加了雙軸回轉工作臺，并通過數控改造使之成為五軸數控銑床，是擴展機床使用功能的簡捷方式。1.4.1雙軸回轉工作臺的特點 裝有雙軸回轉工作臺不僅可使刀具相對于工件的位置任意可控, 而且刀具軸線相對于工件的方向也在一定范圍內任意可控,由此使的五軸聯動機床加工具有以下特點:A. 可避免刀具干涉, 加工普通三坐標機床難以加工的復雜零件,加工適應性廣。B. 對于直紋面類零件, 可采用側銑方式一刀成型, 加工質量好、效率高。C. 對一般立體型面特別是較為平坦的大

24、型表面, 可用大直徑端銑刀端面逼近表面進行加工, 走刀次數少, 殘余高度小, 可大大提高加工效率與表面質量。D. 對工件上的多個空間表面可一次裝夾進行多面、多工序加工,加工效率高并有利于提高各表面的相互位置精度。E. 五軸加工時, 刀具相對于工件表面可處于最有效的切削狀態(tài)。例如使用球頭刀時可避免球頭底部切削, 利于提高加工效率。同時,由于切削狀態(tài)可保持不變,刀具受力情況一致, 變形一致, 可使整個零件表面上的誤差分布比較均勻,這對于保證某些高速回轉零件的平衡性能具有重要作用。 F. 在某些加工場合, 如空間受到限制的通道加工或組合曲面的過渡區(qū)域加工, 可采用較大尺寸的刀具避開干涉, 刀具剛性好

25、,有利于提高加工效率與精度?，F在, 大家普遍認為, 五軸聯動數控機床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等加工的唯一手段。所以,每當人們在設計、研制復雜曲面遇到無法解決的難題時,往往轉向求助于五軸數控系統(tǒng)。 圖71.4.2雙軸回轉工作臺的功用數控機床加工某些零件時,除需要有沿X、Y、Z三個坐標軸的直線進給運動之外, 還需要有繞X、Y、Z三個坐標軸的圓周進給運動,分別稱為A、B、C軸。安裝雙回轉軸工作臺的五軸聯動機床也稱五坐標機床, 它是在三個平動軸(沿X、Y、Z軸的直線運動) 的基礎上增加了兩個轉動軸(能實現繞X 軸、Z軸旋轉運動, 即A軸和C軸)，雙軸

26、回轉工作臺實現了A軸和C軸的轉動。 設置在床身上的工作臺可以環(huán)繞X軸回轉，定義為A軸，A軸一般工作范圍有限，并非360度。工作臺的中間還設有一個回轉臺，環(huán)繞Z軸回轉，定義為C軸，C軸都是360度回轉。這樣五軸聯動機床實現五軸聯動的關鍵就在于雙回轉軸工作臺。1.4.3雙軸轉臺的組成 以CRT/400/HV型雙軸轉臺為例，它是由力矩電機、箱體、中心軸、軸承、轉盤、左支軸、 旋轉編碼器、基座、軸承座、支座軸等組成。兩個旋轉編碼器分別位于與工作臺固接的軸端和支撐座的尾端,能將旋轉后的位置準確的反饋回系統(tǒng)。 圖8 CRT/400/HV型雙軸轉臺 2.電機選擇2.1電動機選擇（倒數第三頁里有東東）2.1.

27、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：；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 聯軸器效率 代入數值得：所需電動機功率為：略大于 即可。選用同步轉速1460r/min ；4級 ；型號 Y160M-4.功率為11kW2.1.3確定電動機轉速取滾筒直徑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.

28、1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數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（GB 10095-88）。3>材料選擇。由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為280 HBS，大齒輪材料為45鋼（調質）硬度為240 HBS，二者材料硬度差為40 HBS。4>選小齒輪齒數，大齒輪齒數。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確定公式內的各計算數值（1）試選載荷系數1。（2）由機械設計第八版圖10-30選取區(qū)域系數。（3）由機械設計第八版圖10-26查

29、得，則。（4）計算小齒輪傳遞的轉矩。（5）由機械設計第八版表10-7 選取齒寬系數（6）由機械設計第八版表10-6查得材料的彈性影響系數（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。（9）由機械設計第八版圖（10-19）取接觸疲勞壽命系數; 。（10）計算接觸疲勞許用應力。取失效概率為1%，安全系數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 =2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5

30、=11.01（4）計算縱向重合度0.318124tan=20.73（5）計算載荷系數K。已知使用系數根據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11.111.41.42=2.2（6）按實際的載荷系數校正所算得分度圓直徑，由式（10-10a）得（7）計算模數 3.3按齒根彎曲強度設計由式（10-17）3.3.1確定計算參數（1）計算載荷系數。 =2.09（2）根據縱向重合度 ，從機械設計第八版圖10-28查得螺旋角影響系數（3）計算當量齒數。

31、（4）查齒形系數。由表10-5查得（5）查取應力校正系數。由機械設計第八版表10-5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 ，；（8）計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數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值大。3.3.2設計計算對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數 大于由齒面齒根彎曲疲勞強度計算 的法面模數，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

32、 來計算應有的齒數。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正螺旋角因值改變不多，故參數、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

33、速軸4.1.1求輸出軸上的功率轉速和轉矩 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4.1.3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,調質處理.根據機械設計第八版表15-3,取 ,于是得輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯軸器處軸的直徑.為了使所選的軸直徑與聯軸器的孔徑相適應,故需同時選取聯軸器型號.聯軸器的計算轉矩, 查表考慮到轉矩變化很小,故取 ,則:按照計算轉矩應小于聯軸器公稱轉矩的條件,查標準GB/T 5014-2003或手冊,選用LX4型彈性柱銷聯軸器,其公稱轉矩為2500000 .半聯

34、軸器的孔徑 ,故取 ,半聯軸器長度 L=112mm ,半聯軸器與軸配合的轂孔長度.4.1.4軸的結構設計（1）擬定軸上零件的裝配方案 圖4-1（2）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度1)根據聯軸器為了滿足半聯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.半聯軸器與軸配合的轂孔長度,為了保證軸端擋圈只壓在半聯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,由軸承產品目錄中初步選取 0 基本游子隙組

35、 、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，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構設計而定）。根據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軸器右端面間的距離l=30mm，故取 低速軸的相關參數：表4-1功率轉速轉矩1-2段軸長84mm1-2段直徑50

36、mm2-3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65mm（3）軸上零件的周向定位齒輪、半聯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，半聯軸器與軸的連接，選用平鍵為14mm9mm70mm，半聯軸器與軸的配合為。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

37、中間軸4.2.1求輸出軸上的功率轉速和轉矩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.選取軸的材料為45鋼,調質處理.根據表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,由軸承產品目錄中初步選取 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-

38、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

39、與軸的配合為 ；同樣，半聯軸器與軸的連接，選用平鍵為14mm9mm70mm，半聯軸器與軸的配合為 。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：表4-2功率10.10kw轉速362.2r/min轉矩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速和轉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

40、直徑.選取軸的材料為45鋼,調質處理.根據表15-3,取 ,于是得：輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯軸器處軸的直徑.為了使所選的軸直徑與聯軸器的孔徑相適應,故需同時選取聯軸器型號.聯軸器的計算轉矩 , 查表 ,考慮到轉矩變化很小,故取 ,則:按照計算轉矩 應小于聯軸器公稱轉矩的條件,查標準GB/T 5014-2003 或手冊,選用LX2型彈性柱銷聯軸器,其公稱轉矩為560000 .半聯軸器的孔徑 ,故取 ,半聯軸器長度 L=82mm ,半聯軸器與軸配合的轂孔長度.4.4軸的結構設計4.4.1擬定軸上零件的裝配方案圖4-34.4.2根據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 軸器的軸向

41、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 .半聯軸器與軸配合的轂孔長度 ,為了保證軸端擋圈只壓在半聯軸器上 而不壓在軸的端面上,故 段的長度應比 略短一些,現取.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 ,由軸承產品目錄中初步選取 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

42、承端蓋的總寬度為20mm（由減速器及軸承端蓋的結構設計而定）。根據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，半聯軸器與軸的連接，選用平鍵為14mm9mm70mm，半聯軸器與軸的配合為 。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：表4-3功率10.41kw轉速1460r/

43、min轉矩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“

44、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）設置齒輪參數1>在主菜單中依次選擇“工具”“關系”選項，系統(tǒng)將自動彈出“關系”對話框。2>在對話框中單擊按鈕，然后將齒輪的各參數依次添加到參數列表框中，具體內容如圖5-4所示，完成齒輪參數添加后，單擊“確定”按鈕，關閉對話框。圖5-3輸入齒輪參數（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）設置齒輪關系式，確定其尺寸參數1>按

45、照如圖5-5所示，在“關系”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、修改的結果如圖5-6所示。 圖5-4草繪同心圓 圖5-5“關系”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

46、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)建經過基準點PNTO和

47、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 5-15基準平面DTM17>如圖5-16所示，單擊“確定”按鈕，創(chuàng)建經過基準軸A_1，并由基準平面DTM1轉過“-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

48、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)建后的結果如圖5-20所示。圖5-19草繪的圖形 5-20拉伸的結果（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

49、所示的關系式。圖5-23“關系“對話框（8）復制齒廓曲線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。圖5-25輸入旋轉角度3>繼續(xù)在“移動特征”菜單中選取“旋轉”方式，并選取軸A_1作為旋轉復制參照，設置旋轉角度為“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