2043 BWD型擺線(xiàn)針輪減速器設(shè)計(jì)及虛擬裝配研究
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河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文1緒 論擺線(xiàn)針輪行星傳動(dòng)屬于 K-H-V 型的一種比較新型的傳動(dòng)。它與漸開(kāi)線(xiàn)少齒差行星傳動(dòng)的區(qū)別，在于嚙合齒廓的不同，它是一種以針齒齒輪與擺線(xiàn)齒輪為共軛齒廓的內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)。這種傳動(dòng)形式，國(guó)外是在 30年代出現(xiàn)的，我國(guó)在 60 年代已開(kāi)始生產(chǎn)這種減速器。自 20 世紀(jì) 60 年代以來(lái)，我國(guó)先后制訂了 JB1130-70《圓柱齒輪減速器》等一批通用減速器的標(biāo)淮，除主機(jī)廠(chǎng)自制配套使用外，還形成了一批減速器專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)。目前，全國(guó)生產(chǎn)減速器的企業(yè)有數(shù)百家，年產(chǎn)通用減速器 25 萬(wàn)臺(tái)左右，對(duì)發(fā)展我國(guó)的機(jī)械產(chǎn)品做出了貢獻(xiàn)。20 世紀(jì) 60 年代的減速器大多是參照蘇聯(lián) 20 世紀(jì) 40-50 年代的技術(shù)制造的，后來(lái)雖有所發(fā)展，但限于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)、工藝水平及裝備條件，其總體水平與國(guó)際水平有較大差距。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)引進(jìn)一批先進(jìn)加工裝備，通過(guò)引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和科研攻關(guān)，逐步掌握了各種高速和低 速重載齒輪裝置的設(shè)計(jì)制造技術(shù)。材料和熱處理質(zhì)量及齒輪加工精度均有較大提高，通用圓柱齒輪的制造精度可從 JB179-60 的 8-9 級(jí)提高到 GB10095-88 的 6級(jí)，高速齒輪的制造精度可穩(wěn)定在 4-5 級(jí)。部分減速器采用硬齒面后，體積和質(zhì)量明顯減小，承載能力、使用壽命、傳動(dòng)效率有了較大的提高，對(duì)節(jié)能和提高主機(jī)的總體水平起到很大的作用。我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的高速齒輪減(增)速器的功率已達(dá) 42000kW ，齒輪圓周速度達(dá) 150m/s 以上。但是，我國(guó)大多數(shù)減速器的技術(shù)水平還不高，老產(chǎn)品不可能立即被取代，新老產(chǎn)品并存過(guò)渡會(huì)經(jīng)歷一段較長(zhǎng)的時(shí)間。通用減速器的發(fā)展趨勢(shì)如下：①高水平、高性能。圓柱齒輪普遍采用滲碳淬火、磨齒，承載能力提高 4 倍以上，體積小、重量輕、噪聲低、效率高、可靠性高。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文2②積木式組合設(shè)計(jì)?；緟?shù)采用優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊，零件通用性和互換性強(qiáng)，系列容易擴(kuò)充和花樣翻新，利于組織批量生產(chǎn)和降低成本。③型式多樣化，變型設(shè)計(jì)多。擺脫了傳統(tǒng)的單一的底座安裝方式，增添了空心軸懸掛式、浮動(dòng)支承底座、電動(dòng)機(jī)與減速器一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式，擴(kuò)大使用范圍。 促使減速器水平提高的主要因素有：①理論知識(shí)的日趨完善，更接近實(shí)際(如齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法、修形技術(shù)、變形計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、齒根圓滑過(guò)渡、新結(jié)構(gòu)等)。②采用好的材料，普遍采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件，材料和熱處理質(zhì)量控制水平提高。③結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理。④加工精度提高到 ISO5-6 級(jí)。⑤軸承質(zhì)量和壽命提高。⑥潤(rùn)滑油質(zhì)量提高?，F(xiàn)有的各類(lèi)減速器多存在著消耗材料和能源較多，對(duì)于大傳動(dòng)比的減速器，該問(wèn)題更為突出。由于減速裝置在各部門(mén)中使用廣泛，因此，人們都十分重視研究這個(gè)基礎(chǔ)部件。不論在減小體積、減輕重量、提高效率、改善工藝、延長(zhǎng)使用壽命和提高承載能力以及降低成本等等方面，有所改進(jìn)的話(huà)，都將會(huì)促進(jìn)資源(包括人力、材料和動(dòng)力)的節(jié)省。 可以預(yù)見(jiàn)，新型減速器在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中的潛力是很大的，特別是我國(guó)超大型減速器( 如水泥生產(chǎn)行業(yè)，冶金，礦山行業(yè)都需要超大型減速器)大多依靠進(jìn)口，而本減速器的一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)就是可以做超大型的減速器，完全可以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的空白，并將具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文3第一章 減速器的工作原理、特點(diǎn)、功能 1.1 工作原理在輸入軸上裝有一個(gè)錯(cuò)位 180°的雙偏心套，在偏心套上裝有兩個(gè)稱(chēng)為轉(zhuǎn)臂的滾柱軸承，形成 H 機(jī)構(gòu)、兩個(gè)擺線(xiàn)輪的中心孔即為偏心套上轉(zhuǎn)臂軸承的滾道，并由擺線(xiàn)輪與針齒輪上一組環(huán)形排列的針齒相嚙合，以組成齒差為一齒的內(nèi)嚙合減速機(jī)構(gòu)， （為了減小摩擦，在速比小的減速機(jī)中，針齒上帶有針齒套） 。 當(dāng)輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，由于擺線(xiàn)輪上齒廓曲線(xiàn)的特點(diǎn)及其受針齒輪上針齒限制之故，擺線(xiàn)輪的運(yùn)動(dòng)成為既有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的平面運(yùn)動(dòng)，在輸入軸正轉(zhuǎn)周時(shí)，偏心套亦轉(zhuǎn)動(dòng)一周，擺線(xiàn)輪于相反方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒從而得到減速，再借助 W 輸出機(jī)構(gòu)，將擺線(xiàn)輪的低速自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)銷(xiāo)軸，傳遞給輸出軸，從而獲得較低的輸出轉(zhuǎn)速。1.2 特點(diǎn)a) 體積小、重量輕由于采用了行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與緊湊的 W 輸出機(jī)構(gòu)，使整個(gè)擺線(xiàn)針輪減速器裝置結(jié)構(gòu)十分緊湊，因此縮小了體積，減輕了重量，與同功率的定軸輪系圖同減速器相比，擺線(xiàn)針減速器的體積可減小1/2~2/3；重量約減輕 1/3~1/2.b) 傳動(dòng)比范圍大。單級(jí)傳動(dòng)為 6~119,兩級(jí)傳動(dòng)比為 121~7569；三級(jí)傳動(dòng)比可達(dá) 658503c) 效率高。一般單級(jí)效率為 0.9~0.95.d) 運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲低河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文4擺線(xiàn)針齒嚙合齒數(shù)較多，重迭系數(shù)大以及具有機(jī)械平衡的原理，使振動(dòng)和噪聲限制在最小程度。e) 使用可靠，壽命長(zhǎng)由于擺線(xiàn)針輪行星減速器裝置是多齒嚙合，每個(gè)齒的承載相應(yīng)減小，并且使部分滑動(dòng)摩擦改善為滾動(dòng)摩擦，有加上制造精度高，因此使用壽命比一般的減速裝置提高 1~2 倍。1.3 功能減速器是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，將電動(dòng)機(jī)輸出的較高轉(zhuǎn)速通過(guò)直徑、模數(shù)不同的齒輪傳動(dòng)，將回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所需要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。減速器用來(lái)降低轉(zhuǎn)速增大扭矩和降低負(fù)載/電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文5第二章 Pro/e 簡(jiǎn)介1985 年，PTC 公司成立于美國(guó)波士頓，開(kāi)始參數(shù)化建模軟件的研究。1988 年，V1.0 的 Pro/ENGINEER 誕生了。經(jīng)過(guò) 10 余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEER2000i2。PTC 的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER 還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境。下面就 Pro/ENGINEER 的特點(diǎn)及主要模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。Pro／Engineer Pro/Engineer 是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色實(shí)體或線(xiàn)框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer 是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過(guò)各種不同的設(shè)計(jì)專(zhuān)用功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（ Shells）等，采用這種手段來(lái)建立形體，對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)是更自然，更直觀，無(wú)需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號(hào)式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個(gè)參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印機(jī)。Pro/Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來(lái)實(shí)現(xiàn)，用戶(hù)更可配上 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文6Pro/Engineer 軟件的其它模塊或自行利用 C 語(yǔ)言編程，以增強(qiáng)軟件的功能。它在單用戶(hù)環(huán)境下(沒(méi)有任何附加模塊)具有大部分的設(shè)計(jì)能力，組裝能力(人工)和工程制圖能力(不包括 ANSI， ISO， DIN 或 JIS 標(biāo)準(zhǔn))，并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀(HP，HPGL)和黑白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer 功能如下：1）特征驅(qū)動(dòng)（例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼等）；2）參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； 3）通過(guò)零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。4）支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)(規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro／PROGRAM 的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等)。5）貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性(任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方變動(dòng))。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 Pro／ENGINEER 的基本功能。Pro／DETAIL Pro/ENGINEER 提供了一個(gè)很寬的生成工程圖的能力，包括：自動(dòng)尺寸標(biāo)注、參數(shù)特征生成，全尺寸修飾，自動(dòng)生成投影面，輔助面，截面和局部視圖，Pro/DETAIL 擴(kuò)展了 Pro/ENGINEER 這些基本功能，允許直接從 Pro/ENGINEER 的實(shí)體造型產(chǎn)品。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文7第三章 擺線(xiàn)針輪減速器傳動(dòng)理論與設(shè)計(jì)方法3.1 擺線(xiàn)針輪減速器的傳動(dòng)原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.1.1 擺線(xiàn)針輪行星傳動(dòng)的傳動(dòng)原理圖所示為擺線(xiàn)針輪行星傳動(dòng)示意圖。其中 為針輪， 為擺線(xiàn)行星zZb輪，H 為系桿，V 為輸出軸。運(yùn)動(dòng)由系桿 H 輸入，通過(guò) W 機(jī)構(gòu)由 V 軸輸出。同漸開(kāi)線(xiàn)一齒差行星傳動(dòng)一樣，擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)也是一種 K－H－V 型一齒差行星傳動(dòng)。兩者的區(qū)別在于：擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)中，行星輪的齒廓曲線(xiàn)不是漸開(kāi)線(xiàn)，而是變態(tài)擺線(xiàn)，中心內(nèi)齒采用了針齒，以稱(chēng)針輪，擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)因此而得名。同漸開(kāi)線(xiàn)少齒差行星傳動(dòng)一樣，其傳動(dòng)比為 2bHVzZi=-.圖 3－1 擺線(xiàn)針輪減速器原理圖由于 ＝1，故 ＝－ ， “－”表示輸出與輸入轉(zhuǎn)向相反，zbZ-HVibZ河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文8即利用擺線(xiàn)針輪行星傳動(dòng)可獲得大傳動(dòng)比。3.1.2 擺線(xiàn)針輪減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)它主要由四部分組成：（1） 行星架 H，又稱(chēng)轉(zhuǎn)臂，由輸入軸 10 和偏心輪 9 組成，偏心輪在兩個(gè)偏心方向互成 。180o（2） 行星輪 C， 即擺線(xiàn)輪 6，其齒廓通常為短幅外擺線(xiàn)的內(nèi)側(cè)等距曲線(xiàn).為使輸入軸達(dá)到靜平衡和提高承載能力,通采用兩個(gè)相同的奇數(shù)齒擺線(xiàn)輪,裝在雙偏心套上,兩位置錯(cuò)開(kāi) ,擺線(xiàn)輪和偏心套之間裝有滾動(dòng)軸承,稱(chēng)180o為轉(zhuǎn)臂軸承,通常采用無(wú)外座圈的滾子軸承,而以擺線(xiàn)輪的內(nèi)表面直接作為滾道。近幾年來(lái),優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)常將偏心套與軸承做成一個(gè)整體,稱(chēng)為整體式雙偏心軸承。(3) 中心輪 b,又稱(chēng)針輪,由針齒殼3上沿針齒中心圓圓周上均布一組針齒銷(xiāo)5(通常針齒銷(xiāo)上還裝有針套7)組成。(4)輸出機(jī)構(gòu)W, 與漸開(kāi)線(xiàn)少齒差行星齒輪傳動(dòng)一樣,通常采用銷(xiāo)軸式輸出機(jī)構(gòu)。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文9圖 3－2 擺線(xiàn)針輪減速器基本結(jié)構(gòu)圖1.輸出軸 2.機(jī)座 3.針齒殼 4.針齒套 5.針齒銷(xiāo) 6.擺線(xiàn)輪 7.銷(xiāo)軸套 8.銷(xiāo)軸 9.偏心輪 10.主動(dòng)軸圖 3－2 為擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)的典型結(jié)構(gòu)3.1.3 擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)的嚙合原理為了準(zhǔn)確描述擺線(xiàn)形成及其分類(lèi),我們引進(jìn)圓的內(nèi)域和圓的外域這一概念。所謂圓的內(nèi)域是指圓弧線(xiàn)包容的內(nèi)部范圍,而圓的外域是包容區(qū)域以外的范圍。按照上述對(duì)內(nèi)域外域的劃分,則外擺線(xiàn)的定義如下:外擺線(xiàn):滾圓在基圓外域與基圓相切并沿基圓作純滾動(dòng),滾圓上定點(diǎn)的軌跡是外擺線(xiàn)。外切外擺線(xiàn):滾圓在基圓外域與基圓外切形成的外擺線(xiàn)(此時(shí)基圓也在滾圓的外域)。內(nèi)切外擺線(xiàn):滾圓在基圓外域與基圓內(nèi)切形成的外擺線(xiàn)(此時(shí)基圓在河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文10滾圓的內(nèi)域)。短幅外擺線(xiàn):外切外擺線(xiàn)形成過(guò)程中,滾圓內(nèi)域上與滾圓相對(duì)固定的某點(diǎn)的軌跡;或內(nèi)切外擺線(xiàn)形成過(guò)程中,滾圓外域上與滾圓相對(duì)固定的某點(diǎn)的軌跡。長(zhǎng)幅外擺線(xiàn):與短幅外擺線(xiàn)相反,對(duì)外切外擺線(xiàn)而言相對(duì)固定的某點(diǎn)在滾圓的外域;對(duì)內(nèi)切外擺線(xiàn)而言相對(duì)固定的某點(diǎn)在滾圓的內(nèi)域。短幅外擺線(xiàn)與長(zhǎng)幅外擺線(xiàn)通稱(chēng)為變幅外擺線(xiàn)。變幅外擺線(xiàn)變幅的程度用變幅系數(shù)來(lái)描述,分別稱(chēng)之為短幅系數(shù)或長(zhǎng)幅系數(shù)。外切外擺線(xiàn)的變幅系數(shù)定義為擺桿長(zhǎng)度與滾圓半徑的比值。所謂擺桿長(zhǎng)度是指滾圓內(nèi)域或滾圓外域上某相對(duì)固定的定點(diǎn)至滾圓圓心的距離。（3.1——1）21raK?式中 ——變幅系數(shù)。1Ka———外切外擺線(xiàn)擺桿長(zhǎng)度———外切外擺線(xiàn)滾圓半徑2r對(duì)于內(nèi)切外擺線(xiàn)而言,變幅系數(shù)則相反,它表示為滾圓半徑與擺桿長(zhǎng)度的比值。（3.1——2）ArK'21?式中 K1———變幅系數(shù)r2′ ———內(nèi)切外擺線(xiàn)滾圓半徑A———內(nèi)切外擺線(xiàn)擺桿長(zhǎng)度根據(jù)變幅系數(shù) K1值的不同范圍,將外擺線(xiàn)劃分為 3 類(lèi):短幅外擺線(xiàn) 01。變幅外切外擺線(xiàn)與變幅內(nèi)切外擺線(xiàn)在一定的條件下完全等同。這個(gè)等同的條件是,內(nèi)切外擺線(xiàn)滾圓與基圓的中心距等于外切外擺線(xiàn)的擺桿長(zhǎng)度 a,相應(yīng)地外切外擺線(xiàn)滾圓與基圓的中心距等于內(nèi)切外擺線(xiàn)的擺桿長(zhǎng)度A。根據(jù)這一等同條件,就可以由外切外擺線(xiàn)的有關(guān)參數(shù)推算出等同的內(nèi)切外擺線(xiàn)的對(duì)應(yīng)參數(shù)。它們的參數(shù)關(guān)系參看圖 3－3。令短幅外切外擺線(xiàn)基圓半徑代號(hào)為 r1,滾圓半徑為 r2,短幅系數(shù)為 K1,則外切外擺線(xiàn)的擺桿長(zhǎng)度和中心距可分別表示如下(長(zhǎng)幅外擺線(xiàn)的表示形式完全相同):根據(jù)式(1),擺桿長(zhǎng)度 a=K1r2;根據(jù)等同條件,中心距 A=r1+r2。按等同條件,上述 A 又是內(nèi)切外擺線(xiàn)的擺桿長(zhǎng)度,故推算出內(nèi)外擺線(xiàn)的滾圓半徑為 r2′= k1A;內(nèi)切外擺線(xiàn)的基圓半徑為 ar??'21兩種外擺線(xiàn)的參數(shù)換算關(guān)系歸納如表 3－1表 3－1主 要 參 數(shù) 代 號(hào)參 數(shù) 名 稱(chēng)變幅外切外擺線(xiàn) 變幅內(nèi)切外擺線(xiàn)基圓半徑 1r'1r滾圓半徑 2 '2滾圓與基圓中心距 A a擺桿長(zhǎng)度 a A根據(jù)上述結(jié)果,很容易推導(dǎo)出等同的兩種外擺線(xiàn)基圓半徑的相互關(guān)系為（3.1——3）1'rk?短幅外擺線(xiàn)以基圓圓心為原點(diǎn),以?xún)煞N外擺線(xiàn)的中心距和短幅系數(shù)為河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文12已知參數(shù),以滾圓轉(zhuǎn)角為變量的參數(shù)方程建立如下：在以后的敘述中將滾圓轉(zhuǎn)角 律記為 ,并稱(chēng)之為相位角。2?（1）直角坐標(biāo)參數(shù)方程根據(jù)圖 1,擺線(xiàn)上任意點(diǎn) 的坐標(biāo)為iM??sini1aAyx???圖 3－3 短幅外擺線(xiàn)原理圖根據(jù)純滾動(dòng)原理可知 ，故 ，又 ，?21r?121/r)(1??????于是有 ， ， 將 與 γ 的結(jié)果代入上述方aAK??1?aAK?1??1?程,（3.1——4）aax11sinsin?（3.1——5）AKAy???11coco?河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文13式(3.1——4)與式(3.1——5)是變幅外擺線(xiàn)通用直角坐標(biāo)參數(shù)方程。若令上兩式中的 K1=1,即可得標(biāo)準(zhǔn)外擺線(xiàn)的參數(shù)方程。對(duì)于外切外擺線(xiàn),式中的 A=r1+r2,a=r2。對(duì)于內(nèi)切外擺線(xiàn),式中的 A=r2′,A=r 2′-r 1′ 。為了與直角坐標(biāo)表示的曲線(xiàn)相一致,將 Y 軸規(guī)定為極軸,將極角沿順時(shí)針?lè)较虻慕嵌纫?guī)定為正方向,方程表述如下(參看圖 3—3)：（3.1——6）??cos22Aaq???（3.1——7）??inrt1K同理, K1=1 時(shí),變幅外擺線(xiàn)通用極坐標(biāo)參數(shù)方程變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)外擺線(xiàn)極坐標(biāo)方程,參數(shù) a 和 A 的變換同上。當(dāng)動(dòng)圓繞基圓順時(shí)針?lè)较蜃骷儩L動(dòng)時(shí)，每滾過(guò)動(dòng)圓的周長(zhǎng) 2 時(shí)，'r?動(dòng)圓上的一點(diǎn) B 在基圓上就形成一整條外擺線(xiàn)。動(dòng)圓的周長(zhǎng)比基圓的周長(zhǎng) 長(zhǎng) p=2 - ＝ ，當(dāng) 圓上的 B 點(diǎn)在動(dòng)圓滾過(guò)周長(zhǎng) 再次'12r?'2r'1?a'2r '1r與 圓接觸時(shí)，應(yīng)是在 圓上的另一點(diǎn) ，而 ＝ ，這也就是擺' ' 1?1a?2線(xiàn)輪基圓 上的一個(gè)基節(jié) p，即 '1r arp?2)'(12??（3.1——8）由此可得擺線(xiàn)輪的齒數(shù)為（3.1——9）arprzc'2''11???針輪齒數(shù)為 （3.1——'''' 12 ?cp z河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文1410）3.1.4 擺線(xiàn)輪的齒廓曲線(xiàn)與齒廓方程由上一節(jié)分析，選擇擺線(xiàn)輪的幾何中心作為原點(diǎn)，通過(guò)原點(diǎn)并與擺線(xiàn)輪齒槽對(duì)稱(chēng)軸重合的軸線(xiàn)作為 軸，見(jiàn)圖 3-4，針齒中心圓cy半徑為 ，針齒套外圓半徑為 。prrp圖 3-4 擺線(xiàn)輪參數(shù)方程圖則擺線(xiàn)輪的直角坐標(biāo)參數(shù)方程式如下：（3.1——11）10[sinsi()]copppKxrzyffffü?=-y?t實(shí)際齒廓方程（3.1——01cso()rpxKyzgfü=+?y-?t12）河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文15——針齒中心圓半徑 ——針齒套外圓半徑 ——轉(zhuǎn)臂相對(duì)某一prrp f中心矢徑的轉(zhuǎn)角，即嚙合相位角（ ） ——針齒數(shù)目opz3.1.5 擺線(xiàn)輪齒廓曲率半徑變幅外擺線(xiàn)曲率半徑參數(shù)方程的一般表達(dá)式為（3.1——13）2..3/2..()xyr+=-式中 ———變幅外擺線(xiàn)的曲率半徑?———x 對(duì) 的一階導(dǎo)數(shù), . ??dx?.———y 對(duì) 的一階導(dǎo)數(shù), . y.———x 對(duì) 的二階導(dǎo)數(shù), . ?2.dxf=———y 對(duì) 的二階導(dǎo)數(shù), .2.yf將式(3.1——4)和式(3.1——5)中 x 和 y 分別對(duì) 取一階和二階?導(dǎo)數(shù)后代入 的表達(dá)式得?（3.1——23/211 1(cos)/)(AKaAafr+-=14） 以 K1=1 代入式(3.1——14),得標(biāo)準(zhǔn)外擺線(xiàn)的曲率半徑為 =-?[4A·a/(A+a)]sin( /2)?式中 A=r1+r2或 A=r2′河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文16a=r2或 a=r2′-r 1′由本式可知,標(biāo)準(zhǔn)外擺線(xiàn) ≤0 ,曲線(xiàn)永遠(yuǎn)呈外凸形狀,故它不適于作?傳動(dòng)曲線(xiàn)。以 K1>1 代入式(3.1——14)進(jìn)行運(yùn)算表明, 時(shí)，理論齒廓在該處的等距?rp?曲線(xiàn)就不能實(shí)現(xiàn)，這種情況稱(chēng)為擺線(xiàn)齒廓的“頂切” ，嚴(yán)重的頂切會(huì)破壞連續(xù)平穩(wěn)的嚙合，顯然是不允許的。當(dāng) ＝ 時(shí)， ＝0，即擺線(xiàn)輪在rp'該處出現(xiàn)尖角，也應(yīng)防止，若 為正值，不論 取多大的值，都不會(huì)發(fā)?r生類(lèi)似現(xiàn)象。擺線(xiàn)輪是否發(fā)生頂切，不僅取決于理論外凸齒廓的最小曲率半徑，而且與針齒齒形半徑（帶針齒套的為套的半徑）有關(guān)。擺線(xiàn)輪齒廓不產(chǎn)生頂切或尖角的條件可表示為（3.1——min??rp16）3.2 擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)的受力分析擺線(xiàn)輪在工作過(guò)程中主要受三種力：針輪與擺線(xiàn)輪嚙合時(shí)的作用力;輸出機(jī)構(gòu)柱銷(xiāo)對(duì)擺線(xiàn)輪的作用力 ，轉(zhuǎn)臂軸承對(duì)擺線(xiàn)輪作用力?iF?iQ河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文17。rF3.2.1 針齒與擺線(xiàn)輪齒嚙合時(shí)的作用力 （1）確定初始嚙合側(cè)隙標(biāo)準(zhǔn)的擺線(xiàn)輪以及只經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)角修形的擺線(xiàn)輪與標(biāo)準(zhǔn)針輪嚙合，在理論上都可達(dá)到同時(shí)嚙合的齒數(shù)約為針輪齒數(shù)的一半，但擺線(xiàn)輪齒形只要經(jīng)過(guò)等距，移距或等距加移距修形，如果不考慮零件變形補(bǔ)償作用，則多齒同時(shí)嚙合的條件便不存在，而變?yōu)楫?dāng)某一個(gè)擺線(xiàn)輪齒和針輪齒接觸時(shí)，其余的擺線(xiàn)輪齒與針輪齒之間都 圖 3—5 修形引起的初始嚙合側(cè)隙河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文18圖 3—6 輪齒嚙合力存在大小不等的初始側(cè)隙，見(jiàn)圖 3—5。對(duì)第 i 對(duì)輪齒嚙合點(diǎn)法線(xiàn)方向的初始側(cè)隙 可按下式表計(jì)算：i)(??2112 21(cossin)sin() )copiirp i irKKkffff fD--D=-+-+（ 3.2—1）式中， 為第 i 個(gè)針齒相對(duì)轉(zhuǎn)臂 的轉(zhuǎn)角， 為短幅系數(shù)。i?cp_1令 ，由上式解得 ，即 0??i 1osKi??10arcosKi??這個(gè)解是使初始側(cè)隙為零的角度，空載時(shí)，只有在 處的i一對(duì)嚙合。從 到 的初始側(cè)隙分布曲線(xiàn)如圖 3—7 所示0i?08i河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文19圖 3—7 與 的分布曲線(xiàn)()ifDid（2）判定擺線(xiàn)輪與針輪同時(shí)嚙合齒數(shù)的基本原理設(shè)傳遞載荷時(shí)，對(duì)擺線(xiàn)輪所加的力矩為 ，在 的作用下由于擺線(xiàn)cTc輪與針齒輪的接觸變形 W 及針齒銷(xiāo)的彎曲變形 f，擺線(xiàn)輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè) 角，?若擺線(xiàn)輪體、安裝針齒銷(xiāo)的針齒殼和轉(zhuǎn)臂的變形影響較小，可以忽略不計(jì)，則在擺線(xiàn)輪各嚙合點(diǎn)公法線(xiàn)方向的總變形 W+f 或在待嚙合點(diǎn)法線(xiàn)方向的位移為（ i=1，2，…… ）ildb=2/pz式中 ——加載后，由于傳力零件變形所引起的擺線(xiàn)輪的轉(zhuǎn)角； b——第 i 個(gè)齒嚙合點(diǎn)公法線(xiàn)或待嚙合點(diǎn)的法線(xiàn)至擺線(xiàn)輪中心 的距離il co21sin'sin' cicc ilrrkKfq=+-——擺線(xiàn)輪節(jié)圓半徑 ——第 i 個(gè)齒嚙合點(diǎn)的公法線(xiàn)或待嚙合點(diǎn)'cri?的法線(xiàn)與轉(zhuǎn)臂 之間的夾角。pco--（3） 針齒與擺線(xiàn)輪齒嚙合的作用力河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文20假設(shè)第 i 對(duì)輪齒嚙合的作用力 正比于該嚙合點(diǎn)處擺線(xiàn)輪齒實(shí)際彈iF性變形 。由于這一假設(shè)科學(xué)考慮了初始側(cè)隙 及受力零件ii)(???? i)(??彈性變形的影響，已被實(shí)踐證明有足夠的準(zhǔn)確性。按此假設(shè)，在同時(shí)嚙合傳力的 個(gè)齒中的第 對(duì)齒受力 可表示Tzi)(NFi為maxax()iiiFdj-D=處maxmax0.5()'inTciin imiiicZFlllrjd==-??01arcosKj亦即在或接近于 的針齒處最先受力，顯然在同時(shí)受力的諸齒ax'il中， 這對(duì)齒受力最大，故以 表示該對(duì)齒的受力。maxF設(shè)擺線(xiàn)輪上的轉(zhuǎn)矩為 由 i＝m 至 i=n 的 個(gè)齒傳遞，由力矩平衡cTTZ條件可得 inciil=?得最大所受力 （N）為maxF＝amax()'ciniiicTllrjd=D-max0.5()'iniiicTllrjd=D-T——輸出軸上作用的轉(zhuǎn)矩; ——一片擺線(xiàn)輪上作用的轉(zhuǎn)矩，由于c制造誤差和結(jié)構(gòu)原因，建議取 ＝0.55T； ——受力最大的一對(duì)嚙合Tmax?齒在最大力的作用下接觸點(diǎn)方向的總接觸變形， axaxWf??河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文21——針齒銷(xiāo)在最大力作用下，在力作用點(diǎn)處的彎曲變形。maxf當(dāng)針齒銷(xiāo)為兩支點(diǎn)時(shí)，3maxa1486FLfEJ?當(dāng)針齒銷(xiāo)為三支點(diǎn)時(shí)，3axa72f4cwTJRZ?3.2.2 輸出機(jī)構(gòu)的柱銷(xiāo)（套）作用于擺線(xiàn)輪上的力若柱銷(xiāo)孔與柱銷(xiāo)套之間沒(méi)有間隙，根據(jù)理論推導(dǎo)，各柱銷(xiāo)對(duì)擺線(xiàn)輪作用力總和為4ciwTQR???式中， ——輸出機(jī)構(gòu)柱銷(xiāo)數(shù)目wZ（1） 判斷同時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩的柱銷(xiāo)數(shù)目考慮到分配不均勻，設(shè)每片擺線(xiàn)輪傳遞的轉(zhuǎn)矩為 ， （T—0.5c?—為擺線(xiàn)輪上輸出轉(zhuǎn)矩）傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)， ＝ 處力臂 最大，i?90omaxwlR必先接觸，受力最大，彈性變形 也最大，設(shè)處于某任意位置的柱銷(xiāo)max?受力后彈性變形為 ，則因變形與力臂 成正比，可得下述關(guān)系：i?il，maxiwlR??又因 sini?故 maxi??河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文22柱銷(xiāo)是否傳遞轉(zhuǎn)矩應(yīng)按下述原則判定：如果 ，則此處柱銷(xiāo)不可能傳遞轉(zhuǎn)矩；iW???如果 ，則此處柱銷(xiāo)傳遞轉(zhuǎn)矩。i?（2）輸出機(jī)構(gòu)的柱銷(xiāo)作用于擺線(xiàn)輪上的力由于柱銷(xiāo)要參與傳力，必須先消除初始間隙；因此柱銷(xiāo)與柱銷(xiāo)孔之間的作用力 大小應(yīng)與 成正比。iQiW???設(shè)最大受力為 ，按上述原則可得max maxiQ????由擺線(xiàn)輪力矩平衡條件，整理得 maxmax0.5sinsiniwiTWR???????????3.2.3 轉(zhuǎn)臂軸承的作用力轉(zhuǎn)臂軸承對(duì)擺線(xiàn)輪的作用力必須與嚙合的作用力及輸出機(jī)構(gòu)柱銷(xiāo)數(shù)目的作用力平衡。將各嚙合的作用力沿作用線(xiàn)移到節(jié)點(diǎn) P，則可得方向的分力總和為 x 1'incpiximTZFrK?Y 方向的分力總和為 ＝iniyi??siniti??3.3 擺線(xiàn)針輪行星減速器主要強(qiáng)度件的計(jì)算為了提高承載能力，并使結(jié)構(gòu)緊湊，擺線(xiàn)輪常用軸承鋼河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文23GCr15、GCr15siMn,針齒銷(xiāo)、針齒套、柱銷(xiāo)、套采用 GCr15。熱處理硬度常取 58～62HRC。3.3.1 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算為防止點(diǎn)蝕和減少產(chǎn)生膠合的可能性，應(yīng)進(jìn)行擺線(xiàn)輪齒與針齒間的接觸強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)赫茲公式，齒面接觸強(qiáng)度按下式計(jì)算 0.418ciHHeEFb?????????式中 －針齒與擺線(xiàn)輪嚙合的作用力，iF－當(dāng)量彈性模量，因擺線(xiàn)輪與針齒為軸承鋼，cE＝2.06 105MPa c?－擺線(xiàn)輪寬度， ＝（0.1～0.15） ， －當(dāng)量曲率半徑。bcbprei?3.3.2 針齒抗彎曲強(qiáng)度計(jì)算及剛度計(jì)算針齒銷(xiāo)承受擺線(xiàn)輪齒的壓力后，產(chǎn)生彎曲變形，彎曲變形過(guò)大，易引起針齒銷(xiāo)與針齒套接觸不好，轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，易引起針齒銷(xiāo)與針齒套接觸面發(fā)生膠合，并導(dǎo)致擺線(xiàn)輪與針齒膠合。因此，要進(jìn)行針齒銷(xiāo)的風(fēng)度計(jì)算，即校核其轉(zhuǎn)角 值。另外，還必須滿(mǎn)足強(qiáng)度的要求。?針齒中心圓直徑 650mm 時(shí)，可pd選用帶外座圈的單列向心短圓柱滾子軸承。軸承外徑 =（0.4～0.5）1D河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文25，軸承寬度 B 應(yīng)大于擺線(xiàn)輪的寬度 。pd cb3.3.4 輸出機(jī)構(gòu)柱銷(xiāo)強(qiáng)度計(jì)算 輸出機(jī)構(gòu)柱銷(xiāo)的受力情況（見(jiàn)圖 2.7-31） ，相當(dāng)一懸臂梁，在作用下，柱銷(xiāo)的彎曲應(yīng)力為maxQ ][1.0)5(323maxmax bSWcSWwb dQKdL???????設(shè)計(jì)時(shí)，上式可化為 3max][1.0)5(bcS????式中 ——間隔環(huán)的厚度，針齒為二支點(diǎn)時(shí)， ，三支點(diǎn)c? ccbB??時(shí) ，若實(shí)際結(jié)構(gòu)已定，按實(shí)際結(jié)構(gòu)確定。cb??B——轉(zhuǎn)臂軸承寬度——制造和安裝誤差對(duì)柱銷(xiāo)載荷影響系數(shù)，一般情況下取wK＝1.35～1.5第四章 擺線(xiàn)針輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 擺線(xiàn)輪、針齒、柱銷(xiāo)的計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算如下：項(xiàng)目 代號(hào) 單位 計(jì)算、結(jié)果及說(shuō)明河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文26功率 pKW22輸入轉(zhuǎn)速 nr/min1450傳動(dòng)比 i 11跟據(jù)使用條件,確定為針輪固定的臥式減速器,不帶電機(jī)擺線(xiàn)輪齒數(shù)的確定cZ＝11cZ為使擺線(xiàn)輪齒廓和銷(xiāo)軸孔能正好重疊加工,以提高生產(chǎn)率和精度,齒數(shù) 盡可能取奇數(shù),即 也應(yīng)ci盡可能取奇數(shù),在平穩(wěn)載荷下選材料為 GCr15,硬度為 60HRC 以上針輪齒數(shù) pZ1??cpZ選材為 GCr15,硬度為 60HRC 以上輸出轉(zhuǎn)矩 T mN? 4635950?inPTH由文獻(xiàn)[1]表 2.7-8,取 =0.92i初選短幅系數(shù)1K＝0.51K由文獻(xiàn)[1]表 2.7-2, =0.42~0.55初選針徑系數(shù)2，由文獻(xiàn)[1]表 2.7-3,8.2?8.2~02?針齒中心圓半徑prmm 取??3.1~50Trp 9.15.3?Trp取 m0?材料為軸承鋼 58~62HRC 時(shí), =1000~1200MPa][H?擺線(xiàn)輪齒 bc mm 取pcrb)15.0~(?cb河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文27寬偏心距 a mm 由文獻(xiàn)[3]表 2.7-542.5130.1???pZrKa查得 ＝6 mm 取 ＝6 mma實(shí)際短幅系數(shù)1Kpr/1 .03/?針徑套半徑rpmm ，取 ＝12 mmmZKrpop128sin2?rp驗(yàn)證齒廓不產(chǎn)生頂切或尖角＝47.326.7405)(1min?pr?min2???rp由文獻(xiàn)[3]表 2.7-1 及公式 2.7-17 算得，由計(jì)算結(jié)果知，擺線(xiàn)齒廓不產(chǎn)生頂切或尖角。針齒銷(xiāo)半徑sprmm 取 ＝7 mmspr針齒套壁厚一般為 2～6 mm。實(shí)際針徑系數(shù)2K804.1sin?porpZK若針徑系數(shù)小于 1.3，則考慮抽齒一半。齒形修正 rp?mm ＝0.35， ＝0.2rp?pr?考慮合理修形，建立優(yōu)化模型，由計(jì)算機(jī)求出。齒面最大maxFN ????nimi icilrlTF)('5.0axax??N6549?河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文28接觸壓力 其中 整個(gè)結(jié)果由計(jì)算iici Krl ?cos21n'1???機(jī)求出。傳力齒號(hào) mnm=2， n=4參看上一章介紹，由計(jì)算機(jī)求出。擺線(xiàn)輪嚙與針齒最大接觸應(yīng)力H?MPa ＝1416.7 MPaeicHbEF??maxmax418.0?__m~n 齒中的最大值。ax轉(zhuǎn)臂軸承徑向負(fù)載rFN 22ininirxymmFQF??????????????＝ ＝1698871531649轉(zhuǎn)臂軸承當(dāng)量負(fù)載P N ＝1.05 16988＝17837rxP??時(shí)， =1.05dp30?時(shí)， ＝1.1。m9?x選擇圓柱滾子軸承mm ＝260 （0.4～0.5）pdD)5.~4(??＝104～130由文獻(xiàn)[13］GB/T283-94，選 N2213 軸承，d=65,B=31, =142 ,D=108.5。rC?310轉(zhuǎn)臂軸承內(nèi)外圈相對(duì)轉(zhuǎn)速n r/min＝158245??VHn河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文29轉(zhuǎn)臂軸承壽命hLh ＝ ＝1?????????PCh15603/069824150???????0613—壽命指數(shù)，球軸承 ＝3，滾子軸承??＝10/3。針齒銷(xiāo)跨距L mm 由結(jié)構(gòu)及前面的擺線(xiàn)輪寬度，得 L＝70采用三支點(diǎn)型式。針齒銷(xiāo)抗彎強(qiáng)度b?MPa 550mm時(shí) ，mp50?p時(shí)， ＝ 0.2～0.3。?4.2 輸出軸的計(jì)算結(jié)構(gòu)圖如圖 4-1，河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文31圖 4-1 輸出軸結(jié)構(gòu)裝配圖設(shè)計(jì)計(jì)算如下：項(xiàng)目 代號(hào)單位 設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)果及說(shuō)明轉(zhuǎn)矩 T N·mm 前面已經(jīng)算出，T＝1466353輸出轉(zhuǎn)速Vnr/min 82.13450?inHV初步確定軸的最小直徑mindmm 選材為 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[12]表 15-3，取#45A0＝110， mm4382.190330min ???VPAd輸出軸最小直徑顯然安裝聯(lián)軸器與其配合的部分，為了使所選直徑 與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，21?21?須選取聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ＝ ，由caTKA文獻(xiàn)[12］表 14-1， ＝1.3，AK＝caT9.10625843.1???由文獻(xiàn)[13]表 8-7，選 HL5 彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，軸孔河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文32徑為 d=60,半聯(lián)軸器 L＝142 mm，取 ＝112 mm。21?L軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其裝配結(jié)構(gòu)圖如圖 4-1， 上選用滾動(dòng)深溝球軸34d?承 6214，由文獻(xiàn)[13]表 6—1 查得，d=70,D=125,B=24, =79 ，則可知am=70 ， =65； 上選用深溝球軸承34?23d?45?6215， ，D=130 ，B=25 ， =8475?ad，所以， =75 ，所以， =22 ，m4?m45l?m=30 ， =120 ，套筒長(zhǎng) 93 ，外圈23l?5l直徑 84 。軸承端蓋由減速器結(jié)構(gòu)定，總寬度為 33mm。 軸上聯(lián)軸器定位采用平鍵聯(lián)接，由文獻(xiàn)[13]GB/T1095-1979，選用平鍵 ＝hbl?，鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時(shí)為了保證1890?聯(lián)軸器與軸的配合，選擇配合為 H7/k6，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位借過(guò)渡配合來(lái)保證，安裝軸承處選軸的尺寸公差為 m6。由文獻(xiàn)[12]，表 15-2，取軸端倒角為 ，各軸肩圓角半徑為 .5 。o452?1?r求軸上載1F23N由前面的軸的結(jié)構(gòu)知， 、1F河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文33荷 受力中心距離為 116mm, 、21698054Fì+=?í′′? 2F受力中心距離為 50mm,因 ＝5600 N，故3 1F2361(50)Fì+=?í′′?得 ＝8014 N ， ＝2414 N 。23按彎扭合成應(yīng)力校核進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面 4）的強(qiáng)度。根據(jù)下式及上表中的數(shù)值，并取 =0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力?28.29Mpa，?????WTMca232?前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[12]表 15—1 查得 =60MPa，因此??1??〈 ，故安全。ca????1）判斷危險(xiǎn)截面截面 2、3、5、9 只受扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以截面 2、3、5、9 均無(wú)需校核。從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面 4 和 5 處過(guò)渡配合引起的應(yīng)力集中較為嚴(yán)重；從受載的情況來(lái)看，截面 4、5 上的應(yīng)力最大。由于 5軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核。截面 4 上應(yīng)力最大， ，因而該軸只需校核截面 4 左側(cè)即可。2）截面 4 左側(cè)抗彎截面系數(shù) ＝42187531.0dW?抗扭截面系數(shù) ＝843752T彎矩 ＝5600 50＝280000M?mN?扭矩 T＝1466353 ?河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文34精確校核軸的疲勞強(qiáng)度截面上的彎曲應(yīng)力 ＝6.637 MPaWMb??截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ＝17.38MPaT3?軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)［12］表15-1，得＝640MPa， ＝275MPa， ＝155MPa。B?1??1??截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 及??，按文獻(xiàn)［12］表 3-2 查取，因 ，??029.?dr，經(jīng)插值后可查得07.1?dD＝2.0， ＝1.3；又由[12]附圖 3-1，可得材料??敏性系數(shù)為 ， ＝0.85。82.?q?故有效應(yīng)力集中系數(shù)為＝1.82??1?????ak＝1.26??q由文獻(xiàn)［12］附圖 3-2 得尺寸系數(shù) =0.67 ；由文??獻(xiàn)［12］附圖 3-3 的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) = 0.82 。?軸按磨削加工，又附圖的表面質(zhì)量系數(shù)為＝0.92????軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 ，則按式得綜合系1?q?數(shù)值為＝2.81???????kK河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文35＝1.621???????kK又由文獻(xiàn)［12］ 及 3-2 得碳鋼的特性系數(shù)3?＝0.1， ＝0.05???于是，計(jì)算安全系數(shù) 值，則得caS＝20.21mKS???????110.62???1＝9.40 S＝0.05??2SSca???故可知其安全。4.3 輸入軸的計(jì)算其結(jié)構(gòu)裝配圖如圖 4-2圖 4-2 輸入軸結(jié)構(gòu)裝配圖項(xiàng)目 代號(hào) 單位 計(jì)算、結(jié)果、說(shuō)明河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文36轉(zhuǎn)矩 T N·mm 由前面已經(jīng)算出， T＝144897公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩caN·mm 由文獻(xiàn)[12］表 14-1，取 ＝1.3，AK＝caT18364973.1??KA初步確定軸的最小直徑mindmm 選材為 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)［12］表 15-#53，取 A0＝110，mm23.714530min ???HPd輸出軸最小直徑顯然是安裝軸承的部分 ，21?d為了使所選直徑 與軸承孔徑相適應(yīng)，須選21?d取軸承，由文獻(xiàn)[13]GB/T ，選取圓柱滾子軸承N406，d=30 mm,D=90 mm,B=23 mm, =57.2 rCKN。校核該軸承： hPCnlh 7196402.51860)(136 ??????????該軸承符合壽命要求，所以， ＝ 30mm, 21?d=25mm21?d其裝配結(jié)構(gòu)圖如圖 4-2， 上選用滾動(dòng)深溝34?球軸承 6408，由文獻(xiàn)[13]表 6—1 查得，d=40,D=110,B=27, = ，則可知 =40adm34d?， =40mm； =24mm,由減速器的結(jié)構(gòu)m65?43?l河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文37軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知， ＝ 75mm， ＝ 18mm。 軸32?l ,504md??54?l上第 4-5 段與聯(lián)軸器相配合,由文獻(xiàn)[13]表 8-7，選 HL3 彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，軸孔徑為 d=35,半聯(lián)軸器 ＝70 mm，取 ＝60 mm。軸承端蓋由減l65?l速器結(jié)構(gòu)定，總寬度為 57mm。 軸上偏心輪和聯(lián)軸器周向定位采用平鍵聯(lián)接，由文獻(xiàn)[13]GB/T1095-1979，分別選用平鍵 ＝hbl?和 = ,鍵槽用鍵槽銑8105?hbl81045刀加工，同時(shí)為了保證聯(lián)軸器與軸的配合及偏心輪與軸的配合，選擇配合為 H7/k6 和H7/h6，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位借過(guò)渡配合來(lái)保證，安裝軸承處選軸的尺寸公差為 m6。由文獻(xiàn)[12]，表 15-2，取軸端倒角為 ，各軸o451?肩圓角半徑為 .1?r力的計(jì)算1F2由前面知， 作用點(diǎn)到 、 作用點(diǎn)的距離rF12F相等，都為 54mm，21698054ì+=?í′′?河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文38得， ＝8494 N， ＝8494 N。1F2按彎扭合成強(qiáng)度校核進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面 2）的強(qiáng)度。根據(jù)下式及上表中的數(shù)值，并取 =0.6，軸的計(jì)算應(yīng)?力21.49 Mpa，()223caMTWs+==前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[12]表 15－1 查得 =60MPa，因此 〈??1??ca?，故安全。????1）判斷危險(xiǎn)截面截面 4、5 只受扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以截面 4 、均無(wú)需校核。從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面 2、3、4 處過(guò)渡配合引起的應(yīng)力集中較為嚴(yán)重；從受載的情況來(lái)看，截面 2、3 上的應(yīng)力最大。所以只需校核 2 截面，顯然左側(cè)比右側(cè)直徑小，因而該軸只需校核截面 2 左側(cè)即可。2）截面 2 左側(cè)抗彎截面系數(shù) ＝4287531.0dW?抗扭截面系數(shù) ＝857502T彎矩 ＝917352MmN?扭矩 T＝144897截面上的彎曲應(yīng)力 ＝11.89 MPab??截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ＝1.69 MPaTW3?軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[12]表河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文39精確校核軸的疲勞強(qiáng)度15-1，得＝640MPa， ＝275MPa， ＝155MPa。B?1??1??截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及 ，按文獻(xiàn)[12] 表 3-2 查取，因 ，??? 029.?dr，經(jīng)插值后可查得16.?dD＝1.34， ＝1.66；又由文獻(xiàn)[12]附圖 3-1，??可得材料敏性系數(shù)為 ， ＝0.85。82.0??q?故有效應(yīng)力集中系數(shù)為＝1.2788??1?????aqk＝1.561??由文獻(xiàn)［12］附圖 3-2 得尺寸系數(shù) =0.95 ；??由文獻(xiàn)［12］附圖 3-3 的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) = 0.9 ?。軸按磨削加工，又附圖的表面質(zhì)量系數(shù)為＝0.92????軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 ，則按式得綜1?q?合系數(shù)值為＝2.81???????kK＝1.62??又由文獻(xiàn)［12］ 及 3-2 得碳鋼的特性系13??數(shù) ＝0.1， ＝0.05???河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文40于是，計(jì)算安全系數(shù) 值，則得caS＝20.21mKS???????110.62???1＝9.40 S＝0.05??2SSca???故可知其安全。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文41第五章 關(guān)鍵零件三維設(shè)計(jì)下面將介紹輸出軸、輸入軸、箱體的三維設(shè)計(jì)：5.1 輸出軸的設(shè)計(jì)如圖 5.1 所示。圖 5.1 傳動(dòng)軸一、打開(kāi) pro/e，新建零件：（1）單擊 按鈕，打開(kāi)新建對(duì)話(huà)框如圖 5.2 所示。圖 5.2（2）選擇零件類(lèi)型及子類(lèi)型。在名稱(chēng)欄中輸入名稱(chēng)。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文42（3）單擊確定按鈕，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)工作環(huán)境。二、使用拉伸、旋轉(zhuǎn)工具，建立模型：（1）單擊 按鈕，打開(kāi)拉伸操控板如圖 5.3 所示。圖 5.3（2）單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（3）繪制草繪平面如圖 5.4 所示。圖 3.4（4）單擊 按鈕，退出草繪界面。（5）單擊 按鈕，輸入 40.00，單擊 按鈕。如圖 5.5 所示。圖 5.5河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文43（6）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（7）繪制草繪平面如圖 5.6 所示。圖 5.6（8）單擊 按鈕，退出草繪界面。（9）單擊 按鈕，輸入 40.00，單擊 按鈕。如圖 5.7 所示。圖 5.7（10）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（11）繪制草繪平面如圖 5.8 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文44圖 5.8（12）單擊 按鈕，退出草繪界面。（13）單擊 按鈕，輸入 110.00，單擊 按鈕。如圖 5.9 所示。圖 5.9（14）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（15）繪制草繪平面如圖 5.10 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文45圖 5.10（16）單擊 按鈕，退出草繪界面。（17）單擊 按鈕，輸入 50.00，單擊 按鈕。（18）單擊【陣列】按鈕，選取軸線(xiàn)，輸入項(xiàng)目 10，輸入角度 36°，單擊【完成】按鈕。如圖 5.11 所示。圖 5.11（19）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（20）繪制草繪平面如圖 5.12 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文46圖 5.12（21）單擊 按鈕，退出草繪界面。（22）單擊 按鈕，輸入 15.00，選擇除料，單擊 按鈕。如圖5.13 所示。圖 5.13（23）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（24）繪制草繪平面如圖 5.14 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文47圖 5.14（25）單擊 按鈕，退出草繪界面。（26）單擊 按鈕，輸入 30.00，選擇除料，單擊 按鈕。如圖5.15 所示。圖 5.15（27）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（28）繪制草繪平面如圖 5.16 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文48圖 5.16（29）單擊 按鈕，退出草繪界面。（30）單擊 按鈕，輸入 10.00，選擇除料，單擊 按鈕。如圖5.17 所示。圖 5.17（31）單擊 按鈕，打開(kāi)拉伸操控板如圖。（32）單擊實(shí)體，旋轉(zhuǎn)角度為 360 度。（33）單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文49（34）繪制草繪平面如圖 5.18 所示。圖 5.18（35）單擊 按鈕，退出草繪界面。（36）單擊 按鈕，旋轉(zhuǎn)完成如圖 5.19 所示。圖 5.19（37）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（38）繪制草繪平面如圖 5.20 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文50圖 5.20（39）單擊 按鈕，退出草繪界面。（40）單擊 按鈕，輸入 16.00，單擊 按鈕。如圖 5.21 所示。圖 5.21（41）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（42）繪制草繪平面如圖 5.22 所示。圖 5.22（43）單擊 按鈕，退出草繪界面。（44）單擊 按鈕，輸入 159.00，單擊 按鈕，所得到是輸出軸。如圖 5.23 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文51圖 5.235.2 輸入軸的設(shè)計(jì)參照輸出軸的設(shè)計(jì)步驟，建好的模型如圖 5.24 所示。如圖 5.245.3 箱體的設(shè)計(jì)如圖 5.25 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文52圖 5.25一、打開(kāi) pro/e，新建零件：（1）單擊 按鈕，打開(kāi)新建對(duì)話(huà)框。（2）選擇零件類(lèi)型及子類(lèi)型。在名稱(chēng)欄中輸入名稱(chēng)，大箱體。（3）單擊確定按鈕，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)工作環(huán)境。二、使用拉伸工具，建立模型：（1）用鼠標(biāo)在圖形區(qū)選擇 TOP 標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)面，然后在點(diǎn)擊 【草繪】選項(xiàng)。（2）繪制草繪平面如圖 5.26 所示。圖 5.26（3）單擊 按鈕，退出草繪界面。（4）單擊 按鈕，輸入 26.00, 單擊 按鈕，完成。如圖 5.27 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文53圖 5.27（5）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（6）繪制草繪平面如圖 5.28 所示。圖 5.28（7）單擊 按鈕，退出草繪界面。（8）單擊 按鈕，輸入 160.00, 單擊 按鈕，完成。如圖 5.29 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文54圖 5.29（9）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（10） 繪制草繪平面如圖 5.30 所示。圖 5.30（11）單擊 按鈕，退出草繪界面。（12）單擊 按鈕，輸入 26.00，單擊 按鈕。（13）單擊【陣列】按鈕，選取軸線(xiàn)，輸入項(xiàng)目 12，輸入角度 30°，單擊【完成】按鈕。如圖 5.31 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文55圖 5.31（14）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（15）繪制草繪平面如圖 5.32 所示。圖 5.32（16）單擊 按鈕，退出草繪界面。（17）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（18）繪制草繪平面如圖 5.33 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文56圖 5.33（19）單擊 按鈕，退出草繪界面。（20）單擊 按鈕，輸入 7.00, 單擊 按鈕，完成。如圖 5.34 所示。圖 5.34（21）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（22） 繪制草繪平面如圖 5.35 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文57圖 5.35（23）單擊 按鈕，退出草繪界面。（24）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（25） 繪制草繪平面如圖 5.36 所示。圖 5.36（26）單擊 按鈕，退出草繪界面。（27）單擊 按鈕，輸入 7.00, 單擊 按鈕，完成。如圖 5.37 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文58圖 5.37（28）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（29） 繪制草繪平面如圖 5.38 所示。圖 5.38（30）單擊 按鈕，退出草繪界面。（31）單擊 按鈕，輸入 40.00, 單擊 按鈕，完成。如圖 5.39 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文59圖 5.39（32）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（33） 繪制草繪平面如圖 5.40 所示。圖 5.40（34）單擊 按鈕，退出草繪界面。（35）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（36） 繪制草繪平面如圖 5.41 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文60圖 5.41（37）單擊 按鈕，輸入 10.00，單擊 按鈕。（38）單擊【陣列】按鈕，選取軸線(xiàn)，輸入項(xiàng)目 4，輸入角度 90°，單擊【完成】按鈕。如圖 5.42 所示。圖 5.42（39）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（40） 繪制草繪平面如圖 5.43 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文61圖 5.43（41）單擊 按鈕，輸入 40.00, 單擊 按鈕，完成。如圖 5.44 所示。圖 5.44（42）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（43）繪制草繪平面如圖 5.45 所示。圖 5.45（44）單擊 按鈕，退出草繪界面。（45）單擊 按鈕，輸入 148.93, 單擊 按鈕，完成。如圖 5.46 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文62圖 5.46（46）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（47）繪制草繪平面如圖 5.47 所示。圖 5.47（48）單擊 按鈕，退出草繪界面。（49）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（50）繪制草繪平面如圖 5.48 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文63圖 5.48（51）單擊 按鈕，退出草繪界面。（52）單擊 按鈕，輸入 20.00, 單擊 按鈕，完成。如圖 5.49 所示。圖 5.49（53）單擊 按鈕，單擊放置上拉菜單定義選項(xiàng)，打開(kāi)草繪對(duì)話(huà)框。（54）繪制草繪平面如圖 5.50 所示。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文64圖 5.50（55）單擊 按鈕，退出草繪界面。（56）單擊 按鈕，輸入 150.56, 單擊 按鈕，完成。如圖 5.51 所
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