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绪 论 摆线针轮行星传动属于K-H-V型的一种比较新型的传动。它与渐开线少齿差行星传动的区别，在于啮合齿廓的不同，它是一种以针齿齿轮与摆线齿轮为共轭齿廓的内啮合行星传动。这种传动形式，国外是在30年代出现的，我国在60年代已开始生产这种减速器。自20世纪60年代以来，我国先后制订了JB1130-70圆柱齿轮减速器等一批通用减速器的标淮，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器专业生产厂。目前，全国生产减速器的企业有数百家，年产通用减速器25万台左右，对发展我国的机械产品做出了贡献。20世纪60年代的减速器大多是参照苏联20世纪40-50年代的技术制造的，后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低 速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB179-60的8-9级提高到GB10095-88的6级，高速齿轮的制造精度可稳定在4-5级。部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。我国自行设计制造的高速齿轮减(增)速器的功率已达42000kW ，齿轮圆周速度达150m/s以上。但是，我国大多数减速器的技术水平还不高，老产品不可能立即被取代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。通用减速器的发展趋势如下：高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高4倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。型式多样化，变型设计多。摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。 促使减速器水平提高的主要因素有：理论知识的日趋完善，更接近实际(如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、优化设计方法、齿根圆滑过渡、新结构等)。采用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平提高。结构设计更合理。加工精度提高到ISO5-6级。轴承质量和寿命提高。润滑油质量提高。现有的各类减速器多存在着消耗材料和能源较多，对于大传动比的减速器，该问题更为突出。由于减速装置在各部门中使用广泛，因此，人们都十分重视研究这个基础部件。不论在减小体积、减轻重量、提高效率、改善工艺、延长使用寿命和提高承载能力以及降低成本等等方面，有所改进的话，都将会促进资源(包括人力、材料和动力)的节省。 可以预见，新型减速器在国内外市场中的潜力是很大的，特别是我国超大型减速器(如水泥生产行业，冶金，矿山行业都需要超大型减速器)大多依靠进口，而本减速器的一个巨大优势就是可以做超大型的减速器，完全可以填补国内市场的空白，并将具有较大的经济效益和社会效益。第一章 减速器的工作原理、特点、功能 1.1 工作原理 在输入轴上装有一个错位180的双偏心套，在偏心套上装有两个称为转臂的滚柱轴承，形成H机构、两个摆线轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道，并由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿相啮合，以组成齿差为一齿的内啮合减速机构，（为了减小摩擦，在速比小的减速机中，针齿上带有针齿套）。 当输入轴带着偏心套转动一周时，由于摆线轮上齿廓曲线的特点及其受针齿轮上针齿限制之故，摆线轮的运动成为既有公转又有自转的平面运动，在输入轴正转周时，偏心套亦转动一周，摆线轮于相反方向转过一个齿从而得到减速，再借助W输出机构，将摆线轮的低速自转运动通过销轴，传递给输出轴，从而获得较低的输出转速。1.2 特点a) 体积小、重量轻由于采用了行星传动结构与紧凑的W输出机构，使整个摆线针轮减速器装置结构十分紧凑，因此缩小了体积，减轻了重量，与同功率的定轴轮系图同减速器相比，摆线针减速器的体积可减小1/22/3；重量约减轻1/31/2.b) 传动比范围大。单级传动为6119,两级传动比为1217569；三级传动比可达658503c) 效率高。一般单级效率为0.90.95.d) 运行平稳，噪声低 摆线针齿啮合齿数较多，重迭系数大以及具有机械平衡的原理，使振动和噪声限制在最小程度。e) 使用可靠，寿命长由于摆线针轮行星减速器装置是多齿啮合，每个齿的承载相应减小，并且使部分滑动摩擦改善为滚动摩擦，有加上制造精度高，因此使用寿命比一般的减速装置提高12倍。 1.3 功能减速器是一种动力传达机构，将电动机输出的较高转速通过直径、模数不同的齿轮传动，将回转数减速到所需要的回转数，并得到较大转矩的机构。减速器用来降低转速增大扭矩和降低负载/电机的转动惯量比。第二章Pro/e简介 1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER2000i2。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。下面就Pro/ENGINEER的特点及主要模块进行简单的介绍。 ProEngineer Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上 Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS标准)，并且支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。Pro/Engineer功能如下：1） 特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）；2） 参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）； 3） 通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。4） 支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件，交替排列，ProPROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等)。5） 贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展 ProENGINEER的基本功能。ProDETAIL Pro/ENGINEER提供了一个很宽的生成工程图的能力，包括：自动尺寸标注、参数特征生成，全尺寸修饰，自动生成投影面，辅助面，截面和局部视图，Pro/DETAIL扩展了Pro/ENGINEER这些基本功能，允许直接从Pro/ENGINEER的实体造型产品。第三章 摆线针轮减速器传动理论与设计方法3.1 摆线针轮减速器的传动原理与结构特点3.1.1 摆线针轮行星传动的传动原理图所示为摆线针轮行星传动示意图。其中为针轮，为摆线行星轮，H为系杆，V为输出轴。运动由系杆H输入，通过W机构由V轴输出。同渐开线一齿差行星传动一样，摆线针轮传动也是一种KHV型一齿差行星传动。两者的区别在于：摆线针轮传动中，行星轮的齿廓曲线不是渐开线，而是变态摆线，中心内齿采用了针齿，以称针轮，摆线针轮传动因此而得名。同渐开线少齿差行星传动一样，其传动比为.图31 摆线针轮减速器原理图 由于1，故，“”表示输出与输入转向相反，即利用摆线针轮行星传动可获得大传动比。3.1.2 摆线针轮减速器的结构特点 它主要由四部分组成：（1） 行星架H，又称转臂，由输入轴10和偏心轮9组成，偏心轮在两个偏心方向互成。（2） 行星轮C，即摆线轮6，其齿廓通常为短幅外摆线的内侧等距曲线.为使输入轴达到静平衡和提高承载能力,通采用两个相同的奇数齿摆线轮,装在双偏心套上,两位置错开,摆线轮和偏心套之间装有滚动轴承,称为转臂轴承,通常采用无外座圈的滚子轴承,而以摆线轮的内表面直接作为滚道。近几年来,优化设计的结构常将偏心套与轴承做成一个整体,称为整体式双偏心轴承。(3) 中心轮b,又称针轮,由针齿壳3上沿针齿中心圆圆周上均布一组针齿销5(通常针齿销上还装有针套7)组成。(4)输出机构W, 与渐开线少齿差行星齿轮传动一样,通常采用销轴式输出机构。图32 摆线针轮减速器基本结构图 1.输出轴 2.机座 3.针齿壳 4.针齿套 5.针齿销 6.摆线轮 7.销轴套 8.销轴 9.偏心轮 10.主动轴图32为摆线针轮传动的典型结构3.1.3 摆线针轮传动的啮合原理为了准确描述摆线形成及其分类,我们引进圆的内域和圆的外域这一概念。所谓圆的内域是指圆弧线包容的内部范围,而圆的外域是包容区域以外的范围。按照上述对内域外域的划分,则外摆线的定义如下:外摆线:滚圆在基圆外域与基圆相切并沿基圆作纯滚动,滚圆上定点的轨迹是外摆线。外切外摆线:滚圆在基圆外域与基圆外切形成的外摆线(此时基圆也在滚圆的外域)。内切外摆线:滚圆在基圆外域与基圆内切形成的外摆线(此时基圆在滚圆的内域)。短幅外摆线:外切外摆线形成过程中,滚圆内域上与滚圆相对固定的某点的轨迹;或内切外摆线形成过程中,滚圆外域上与滚圆相对固定的某点的轨迹。长幅外摆线:与短幅外摆线相反,对外切外摆线而言相对固定的某点在滚圆的外域;对内切外摆线而言相对固定的某点在滚圆的内域。短幅外摆线与长幅外摆线通称为变幅外摆线。变幅外摆线变幅的程度用变幅系数来描述,分别称之为短幅系数或长幅系数。外切外摆线的变幅系数定义为摆杆长度与滚圆半径的比值。所谓摆杆长度是指滚圆内域或滚圆外域上某相对固定的定点至滚圆圆心的距离。 （3.11）式中变幅系数。a外切外摆线摆杆长度外切外摆线滚圆半径对于内切外摆线而言,变幅系数则相反,它表示为滚圆半径与摆杆长度的比值。 （3.12）式中K1变幅系数r2内切外摆线滚圆半径A内切外摆线摆杆长度根据变幅系数K1值的不同范围,将外摆线划分为3类:短幅外摆线0K11。变幅外切外摆线与变幅内切外摆线在一定的条件下完全等同。这个等同的条件是,内切外摆线滚圆与基圆的中心距等于外切外摆线的摆杆长度a,相应地外切外摆线滚圆与基圆的中心距等于内切外摆线的摆杆长度A。根据这一等同条件,就可以由外切外摆线的有关参数推算出等同的内切外摆线的对应参数。它们的参数关系参看图33。令短幅外切外摆线基圆半径代号为r1,滚圆半径为r2,短幅系数为K1,则外切外摆线的摆杆长度和中心距可分别表示如下(长幅外摆线的表示形式完全相同):根据式(1),摆杆长度a=K1r2;根据等同条件,中心距A=r1+r2。按等同条件,上述A又是内切外摆线的摆杆长度,故推算出内外摆线的滚圆半径为r2=k1A;内切外摆线的基圆半径为 两种外摆线的参数换算关系归纳如表31表31参 数 名 称主 要 参 数 代 号变幅外切外摆线变幅内切外摆线基圆半径滚圆半径滚圆与基圆中心距Aa摆杆长度aA 根据上述结果,很容易推导出等同的两种外摆线基圆半径的相互关系为 （3.13）短幅外摆线以基圆圆心为原点,以两种外摆线的中心距和短幅系数为已知参数,以滚圆转角为变量的参数方程建立如下：在以后的叙述中将滚圆转角律记为,并称之为相位角。（1）直角坐标参数方程根据图1,摆线上任意点的坐标为图33 短幅外摆线原理图根据纯滚动原理可知，故，又，于是有， ， 将与的结果代入上述方程, （3.14） （3.15）式(3.14)与式(3.15)是变幅外摆线通用直角坐标参数方程。若令上两式中的K1=1,即可得标准外摆线的参数方程。对于外切外摆线,式中的A=r1+r2,a=r2。对于内切外摆线,式中的A=r2,A=r2-r1。为了与直角坐标表示的曲线相一致,将Y轴规定为极轴,将极角沿顺时针方向的角度规定为正方向,方程表述如下(参看图33)： （3.16） （3.17）同理,K1=1时,变幅外摆线通用极坐标参数方程变为标准外摆线极坐标方程,参数a和A的变换同上。当动圆绕基圆顺时针方向作纯滚动时，每滚过动圆的周长2时，动圆上的一点B在基圆上就形成一整条外摆线。动圆的周长比基圆的周长长p=2-，当圆上的B点在动圆滚过周长再次与圆接触时，应是在圆上的另一点，而，这也就是摆线轮基圆上的一个基节p，即 （3.18）由此可得摆线轮的齿数为 （3.19）针轮齿数为 （3.110）3.1.4 摆线轮的齿廓曲线与齿廓方程由上一节分析，选择摆线轮的几何中心作为原点，通过原点并与摆线轮齿槽对称轴重合的轴线作为轴，见图3-4，针齿中心圆半径为，针齿套外圆半径为 。图3-4 摆线轮参数方程图则摆线轮的直角坐标参数方程式如下： （3.111）实际齿廓方程 （3.112）针齿中心圆半径 针齿套外圆半径 转臂相对某一中心矢径的转角，即啮合相位角（） 针齿数目3.1.5 摆线轮齿廓曲率半径 变幅外摆线曲率半径参数方程的一般表达式为 （3.113）式中变幅外摆线的曲率半径x对的一阶导数, y对的一阶导数, x对的二阶导数, y对的二阶导数, 将式(3.14)和式(3.15)中x和y分别对取一阶和二阶导数后代入的表达式得 （3.114） 以K1=1代入式(3.114),得标准外摆线的曲率半径为=-4Aa/(A+a)sin(/2)式中 A=r1+r2或A=r2a=r2或a=r2-r1由本式可知,标准外摆线0,曲线永远呈外凸形状,故它不适于作传动曲线。以K11代入式(3.114)进行运算表明,0,故长幅外摆线也永远呈外凸形状,故它也不适合于用作传动曲线。以K11代入式(3.114)进行运算表明,曲率半径呈现出由正值经过拐点到负值的多样性变化。摆线轮实际齿廓曲线的曲率半径为+（3.115）对于外凸的理论齿廓（时，理论齿廓在该处的等距曲线就不能实现，这种情况称为摆线齿廓的“顶切”，严重的顶切会破坏连续平稳的啮合，显然是不允许的。当时，0，即摆线轮在该处出现尖角，也应防止，若为正值，不论取多大的值，都不会发生类似现象。摆线轮是否发生顶切，不仅取决于理论外凸齿廓的最小曲率半径，而且与针齿齿形半径（带针齿套的为套的半径）有关。摆线轮齿廓不产生顶切或尖角的条件可表示为 （3.116）3.2 摆线针轮传动的受力分析 摆线轮在工作过程中主要受三种力：针轮与摆线轮啮合时的作用力;输出机构柱销对摆线轮的作用力，转臂轴承对摆线轮作用力。3.2.1 针齿与摆线轮齿啮合时的作用力 （1）确定初始啮合侧隙标准的摆线轮以及只经过转角修形的摆线轮与标准针轮啮合，在理论上都可达到同时啮合的齿数约为针轮齿数的一半，但摆线轮齿形只要经过等距，移距或等距加移距修形，如果不考虑零件变形补偿作用，则多齿同时啮合的条件便不存在，而变为当某一个摆线轮齿和针轮齿接触时，其余的摆线轮齿与针轮齿之间都 图35 修形引起的初始啮合侧隙图36 轮齿啮合力存在大小不等的初始侧隙，见图35。对第i对轮齿啮合点法线方向的初始侧隙可按下式表计算： （3.21）式中，为第i个针齿相对转臂的转角，为短幅系数。令，由上式解得，即 这个解是使初始侧隙为零的角度，空载时，只有在处的一对啮合。从到的初始侧隙分布曲线如图37所示图37 与的分布曲线（2）判定摆线轮与针轮同时啮合齿数的基本原理 设传递载荷时，对摆线轮所加的力矩为，在的作用下由于摆线轮与针齿轮的接触变形W及针齿销的弯曲变形f，摆线轮转过一个角，若摆线轮体、安装针齿销的针齿壳和转臂的变形影响较小，可以忽略不计，则在摆线轮各啮合点公法线方向的总变形W+f或在待啮合点法线方向的位移为 （i=1，2，）式中 加载后，由于传力零件变形所引起的摆线轮的转角； 第i个齿啮合点公法线或待啮合点的法线至摆线轮中心的距离摆线轮节圆半径 第i个齿啮合点的公法线或待啮合点的法线与转臂之间的夹角。（3） 针齿与摆线轮齿啮合的作用力 假设第i对轮齿啮合的作用力正比于该啮合点处摆线轮齿实际弹性变形。由于这一假设科学考虑了初始侧隙及受力零件弹性变形的影响，已被实践证明有足够的准确性。按此假设，在同时啮合传力的个齿中的第对齿受力可表示为 处亦即在或接近于的针齿处最先受力，显然在同时受力的诸齿中， 这对齿受力最大，故以表示该对齿的受力。设摆线轮上的转矩为由im至i=n的个齿传递，由力矩平衡条件可得 得最大所受力（N）为 T输出轴上作用的转矩; 一片摆线轮上作用的转矩，由于制造误差和结构原因，建议取0.55T；受力最大的一对啮合齿在最大力的作用下接触点方向的总接触变形，针齿销在最大力作用下，在力作用点处的弯曲变形。当针齿销为两支点时，当针齿销为三支点时，3.2.2 输出机构的柱销（套）作用于摆线轮上的力若柱销孔与柱销套之间没有间隙，根据理论推导，各柱销对摆线轮作用力总和为 式中，输出机构柱销数目（1） 判断同时传递转矩的柱销数目 考虑到分配不均匀，设每片摆线轮传递的转矩为，（T为摆线轮上输出转矩）传递转矩时，处力臂最大，必先接触，受力最大，弹性变形也最大，设处于某任意位置的柱销受力后弹性变形为，则因变形与力臂成正比，可得下述关系： ，又因 故 柱销是否传递转矩应按下述原则判定：如果，则此处柱销不可能传递转矩；如果，则此处柱销传递转矩。（2）输出机构的柱销作用于摆线轮上的力由于柱销要参与传力，必须先消除初始间隙；因此柱销与柱销孔之间的作用力大小应与成正比。设最大受力为，按上述原则可得由摆线轮力矩平衡条件，整理得3.2.3 转臂轴承的作用力转臂轴承对摆线轮的作用力必须与啮合的作用力及输出机构柱销数目的作用力平衡。将各啮合的作用力沿作用线移到节点P，则可得方向的分力总和为 Y方向的分力总和为 3.3 摆线针轮行星减速器主要强度件的计算为了提高承载能力，并使结构紧凑，摆线轮常用轴承钢GCr15、GCr15siMn,针齿销、针齿套、柱销、套采用GCr15。热处理硬度常取5862HRC。3.3.1 齿面接触强度计算为防止点蚀和减少产生胶合的可能性，应进行摆线轮齿与针齿间的接触强度计算。根据赫兹公式，齿面接触强度按下式计算式中 针齿与摆线轮啮合的作用力， 当量弹性模量，因摆线轮与针齿为轴承钢，2.06105MPa 摆线轮宽度，（0.10.15），当量曲率半径。3.3.2 针齿抗弯曲强度计算及刚度计算针齿销承受摆线轮齿的压力后，产生弯曲变形，弯曲变形过大，易引起针齿销与针齿套接触不好，转动不灵活，易引起针齿销与针齿套接触面发生胶合，并导致摆线轮与针齿胶合。因此，要进行针齿销的风度计算，即校核其转角值。另外，还必须满足强度的要求。 针齿中心圆直径650mm时，可选用带外座圈的单列向心短圆柱滚子轴承。轴承外径=（0.40.5），轴承宽度B应大于摆线轮的宽度。3.3.4 输出机构柱销强度计算 输出机构柱销的受力情况（见图2.7-31），相当一悬臂梁，在作用下，柱销的弯曲应力为设计时，上式可化为式中 间隔环的厚度，针齿为二支点时，三支点时，若实际结构已定，按实际结构确定。 B转臂轴承宽度制造和安装误差对柱销载荷影响系数，一般情况下取1.351.5 第四章 摆线针轮减速器的设计计算4.1摆线轮、针齿、柱销的计算设计计算如下：项目代号单位计算、结果及说明功率22 跟据使用条件,确定为针轮固定的卧式减速器,不带电机输入转速r/min1450传动比11摆线轮齿数的确定11为使摆线轮齿廓和销轴孔能正好重叠加工,以提高生产率和精度,齿数尽可能取奇数,即也应尽可能取奇数,在平稳载荷下选材料为GCr15,硬度为60HRC以上针轮齿数选材为GCr15,硬度为60HRC以上输出转矩T由文献1表2.7-8,取=0.92初选短幅系数0.5由文献1表2.7-2, =0.420.55初选针径系数，由文献1表2.7-3,针齿中心圆半径mm取取材料为轴承钢5862HRC时,=10001200MPa摆线轮齿宽bcmm取偏心距amm 由文献3表2.7-5查得6mm取6mm实际短幅系数针径套半径mm，取12mm验证齿廓不产生顶切或尖角47.32由文献3表2.7-1及公式2.7-17算得，由计算结果知，摆线齿廓不产生顶切或尖角。针齿销半径mm取7mm针齿套壁厚一般为26mm。实际针径系数若针径系数小于1.3，则考虑抽齿一半。齿形修正mm0.35， 0.2考虑合理修形，建立优化模型，由计算机求出。齿面最大接触压力N其中整个结果由计算机求出。传力齿号mnm=2， n=4参看上一章介绍，由计算机求出。摆线轮啮与针齿最大接触应力MPa1416.7MPa_mn齿中的最大值。转臂轴承径向负载N16988转臂轴承当量负载PN1.051698817837时，=1.05时，1.1。选择圆柱滚子轴承mm260（0.40.5）104130由文献13GB/T283-94，选N2213轴承，d=65,B=31,=142,D=108.5。转臂轴承内外圈相对转速nr/min1582转臂轴承寿命h10613寿命指数，球轴承3，滚子轴承10/3。针齿销跨距Lmm由结构及前面的摆线轮宽度，得L70采用三支点型式。针齿销抗弯强度MPa选用三支点，材料为轴承钢时150200MPa针齿销转角rad0.000618550mm时，0.20.3。4.2 输出轴的计算结构图如图4-1，图4-1 输出轴结构装配图设计计算如下：项目代号单位设计计算、结果及说明转矩TNmm前面已经算出，T1466353输出转速r/min初步确定轴的最小直径mm选材为钢，调质处理，由文献12表15-3，取A0110，mm输出轴最小直径显然安装联轴器与其配合的部分，为了使所选直径与联轴器的孔径相适应，须选取联轴器，联轴器的计算转矩，由文献12表14-1，1.3，由文献13表8-7，选HL5弹性柱销联轴器，轴孔径为d=60,半联轴器L142mm，取112mm。轴结构设计其装配结构图如图4-1，上选用滚动深沟球轴承6214，由文献13表61查得，d=70,D=125,B=24,=79，则可知=70，=65；上选用深沟球轴承6215，D=130，B=25， =84，所以，=75，所以，=22，=30，=120，套筒长93，外圈直径84。轴承端盖由减速器结构定，总宽度为33mm。轴上联轴器定位采用平键联接，由文献13GB/T1095-1979，选用平键，键槽用键槽铣刀加工，同时为了保证联轴器与轴的配合，选择配合为H7/k6，滚动轴承与轴的周向定位借过渡配合来保证，安装轴承处选轴的尺寸公差为m6。由文献12，表15-2，取轴端倒角为，各轴肩圆角半径为.5 。求轴上载荷N由前面的轴的结构知， 、受力中心距离为116mm,、受力中心距离为50mm,因5600N，故得8014N ， 2414N 。按弯扭合成应力校核进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面4）的强度。根据下式及上表中的数值，并取=0.6，轴的计算应力28.29Mpa，前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献12表151查得=60MPa，因此，故安全。精确校核轴的疲劳强度1）判断危险截面截面2、3、5、9只受扭矩作用，虽然键槽，轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，所以截面2、3、5、9 均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面 4 和5 处过渡配合引起的应力集中较为严重；从受载的情况来看，截面4、5上的应力最大。由于5轴径也较大，故不必做强度校核。截面4上应力最大，因而该轴只需校核截面4左侧即可。2）截面4左侧抗弯截面系数 421875抗扭截面系数 84375弯矩 560050280000扭矩 T1466353截面上的弯曲应力 6.637 MPa截面上的扭转切应力17.38MPa轴的材料为45钢，调质处理，由文献12表15-1，得640MPa，275MPa，155MPa。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及，按文献12表3-2查取，因，经插值后可查得2.0，1.3；又由12附图3-1，可得材料敏性系数为，0.85。故有效应力集中系数为1.821.26由文献12附图3-2得尺寸系数=0.67 ；由文献12附图3-3的扭转尺寸系数= 0.82 。轴按磨削加工，又附图的表面质量系数为0.92轴未经表面强化处理，即，则按式得综合系数值为2.81.62又由文献12及3-2得碳钢的特性系数0.1，0.05于是，计算安全系数值，则得20.2110.629.40S0.05故可知其安全。4.3输入轴的计算其结构装配图如图4-2图4-2 输入轴结构装配图项目代号单位计算、结果、说明转矩TNmm由前面已经算出，T144897公称转矩Nmm由文献12表14-1，取1.3，初步确定轴的最小直径mm选材为钢，调质处理，由文献12表15-3，取A0110，mm输出轴最小直径显然是安装轴承的部分，为了使所选直径与轴承孔径相适应，须选取轴承，由文献13GB/T ，选取圆柱滚子轴承N406，d=30 mm,D=90 mm,B=23 mm, =57.2 KN。校核该轴承：该轴承符合寿命要求，所以，30mm, =25mm轴的结构设计其装配结构图如图4-2，上选用滚动深沟球轴承6408，由文献13表61查得，d=40,D=110,B=27,= ，则可知=40，=40mm；=24mm,由减速器的结构知，75mm，18mm。轴上第4-5段与联轴器相配合,由文献13表8-7，选HL3弹性柱销联轴器，轴孔径为d=35,半联轴器70mm，取60mm。轴承端盖由减速器结构定，总宽度为57mm。轴上偏心轮和联轴器周向定位采用平键联接，由文献13GB/T1095-1979，分别选用平键和=,键槽用键槽铣刀加工，同时为了保证联轴器与轴的配合及偏心轮与轴的配合，选择配合为H7/k6和H7/h6，滚动轴承与轴的周向定位借过渡配合来保证，安装轴承处选轴的尺寸公差为m6。由文献12，表15-2，取轴端倒角为，各轴肩圆角半径为.力的计算由前面知， 作用点到、作用点的距离相等，都为54mm，得，8494N，8494N。按弯扭合成强度校核进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面2）的强度。根据下式及上表中的数值，并取=0.6，轴的计算应力 21.49 Mpa，前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献12表151查得=60MPa，因此，故安全。精确校核轴的疲劳强度1）判断危险截面截面4、5只受扭矩作用，虽然键槽，轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，所以截面4 、均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面 2、3、4 处过渡配合引起的应力集中较为严重；从受载的情况来看，截面2、3上的应力最大。所以只需校核2截面，显然左侧比右侧直径小，因而该轴只需校核截面2左侧即可。2）截面2左侧抗弯截面系数 42875抗扭截面系数 85750弯矩 917352扭矩 T144897截面上的弯曲应力 11.89 MPa截面上的扭转切应力1.69 MPa轴的材料为45钢，调质处理，由文献12表15-1，得640MPa，275MPa，155MPa。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及，按文献12表3-2查取，因，经插值后可查得1.34，1.66；又由文献12附图3-1，可得材料敏性系数为，0.85。故有效应力集中系数为1.27881.561由文献12附图3-2得尺寸系数=0.95 ；由文献12附图3-3的扭转尺寸系数= 0.9 。轴按磨削加工，又附图的表面质量系数为0.92轴未经表面强化处理，即，则按式得综合系数值为2.81.62又由文献12及3-2得碳钢的特性系数0.1，0.05于是，计算安全系数值，则得20.2110.629.40S0.05故可知其安全。第五章 关键零件三维设计下面将介绍输出轴、输入轴、箱体的三维设计：5.1 输出轴的设计如图5.1所示。图5.1 传动轴一、打开pro/e，新建零件：（1）单击按钮，打开新建对话框如图5.2所示。图5.2（2）选择零件类型及子类型。在名称栏中输入名称。（3）单击确定按钮，进入零件设计工作环境。二、使用拉伸、旋转工具，建立模型：（1）单击按钮，打开拉伸操控板如图5.3所示。图5.3（2）单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（3）绘制草绘平面如图5.4所示。图3.4（4）单击按钮，退出草绘界面。（5）单击按钮，输入40.00，单击按钮。如图5.5所示。图5.5 （6）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（7）绘制草绘平面如图5.6所示。图5.6（8）单击按钮，退出草绘界面。（9）单击按钮，输入40.00，单击按钮。如图5.7所示。图5.7（10）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（11）绘制草绘平面如图5.8所示。图5.8（12）单击按钮，退出草绘界面。（13）单击按钮，输入110.00，单击按钮。如图5.9所示。图5.9（14）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（15）绘制草绘平面如图5.10所示。图5.10（16）单击按钮，退出草绘界面。（17）单击按钮，输入50.00，单击按钮。（18）单击【阵列】按钮，选取轴线，输入项目10，输入角度36，单击【完成】按钮。如图5.11所示。图5.11（19）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（20）绘制草绘平面如图5.12所示。图5.12（21）单击按钮，退出草绘界面。（22）单击按钮，输入15.00，选择除料，单击按钮。如图5.13所示。图5.13（23）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（24）绘制草绘平面如图5.14所示。图5.14（25）单击按钮，退出草绘界面。（26）单击按钮，输入30.00，选择除料，单击按钮。如图5.15所示。图5.15（27）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（28）绘制草绘平面如图5.16所示。图5.16（29）单击按钮，退出草绘界面。（30）单击按钮，输入10.00，选择除料，单击按钮。如图5.17所示。图5.17（31）单击按钮，打开拉伸操控板如图。（32）单击实体，旋转角度为360度。（33）单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（34）绘制草绘平面如图5.18所示。图5.18（35）单击按钮，退出草绘界面。（36）单击按钮，旋转完成如图5.19所示。图5.19（37）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（38）绘制草绘平面如图5.20所示。图5.20（39）单击按钮，退出草绘界面。（40）单击按钮，输入16.00，单击按钮。如图5.21所示。图5.21（41）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（42）绘制草绘平面如图5.22所示。图5.22（43）单击按钮，退出草绘界面。（44）单击按钮，输入159.00，单击按钮，所得到是输出轴。如图5.23所示。图5.235.2 输入轴的设计参照输出轴的设计步骤，建好的模型如图5.24所示。如图5.245.3 箱体的设计如图5.25所示。图5.25一、打开pro/e，新建零件：（1）单击按钮，打开新建对话框。（2）选择零件类型及子类型。在名称栏中输入名称，大箱体。（3）单击确定按钮，进入零件设计工作环境。二、使用拉伸工具，建立模型：（1）用鼠标在图形区选择TOP标准基准面，然后在点击【草绘】选项。（2）绘制草绘平面如图5.26所示。图5.26（3）单击按钮，退出草绘界面。（4）单击按钮，输入26.00, 单击按钮，完成。如图5.27所示。图5.27（5）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（6）绘制草绘平面如图5.28所示。图5.28（7）单击按钮，退出草绘界面。（8）单击按钮，输入160.00, 单击按钮，完成。如图5.29所示。图5.29（9）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（10） 绘制草绘平面如图5.30所示。图5.30（11）单击按钮，退出草绘界面。（12）单击按钮，输入26.00，单击按钮。（13）单击【阵列】按钮，选取轴线，输入项目12，输入角度30，单击【完成】按钮。如图5.31所示。图5.31（14）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（15）绘制草绘平面如图5.32所示。图5.32（16）单击按钮，退出草绘界面。（17）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（18）绘制草绘平面如图5.33所示。图5.33（19）单击按钮，退出草绘界面。（20）单击按钮，输入7.00, 单击按钮，完成。如图5.34所示。图5.34（21）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（22） 绘制草绘平面如图5.35所示。图5.35（23）单击按钮，退出草绘界面。（24）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（25） 绘制草绘平面如图5.36所示。图5.36（26）单击按钮，退出草绘界面。（27）单击按钮，输入7.00, 单击按钮，完成。如图5.37所示。图5.37（28）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（29） 绘制草绘平面如图5.38所示。图5.38（30）单击按钮，退出草绘界面。（31）单击按钮，输入40.00, 单击按钮，完成。如图5.39所示。图5.39（32）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（33） 绘制草绘平面如图5.40所示。图5.40（34）单击按钮，退出草绘界面。（35）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（36） 绘制草绘平面如图5.41所示。图5.41（37）单击按钮，输入10.00，单击按钮。（38）单击【阵列】按钮，选取轴线，输入项目4，输入角度90，单击【完成】按钮。如图5.42所示。图5.42（39）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（40） 绘制草绘平面如图5.43所示。图5.43（41）单击按钮，输入40.00, 单击按钮，完成。如图5.44所示。图5.44（42）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（43）绘制草绘平面如图5.45所示。图5.45（44）单击按钮，退出草绘界面。（45）单击按钮，输入148.93, 单击按钮，完成。如图5.46所示。图5.46（46）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（47）绘制草绘平面如图5.47所示。图5.47（48）单击按钮，退出草绘界面。（49）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（50）绘制草绘平面如图5.48所示。图5.48（51）单击按钮，退出草绘界面。（52）单击按钮，输入20.00, 单击按钮，完成。如图5.49所示。图5.49（53）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（54）绘制草绘平面如图5.50所示。图5.50（55）单击按钮，退出草绘界面。（56）单击按钮，输入150.56, 单击按钮，完成。如图5.51所示。图5.51（57）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（58）绘制草绘平面如图5.52所示。图5.52（59）单击按钮，退出草绘界面。（60）单击按钮，输入50.00，单击按钮。（61）单击【阵列】按钮，选取轴线，输入项目6，输入角度60，单击【完成】按钮。如图5.53所示。图5.53（62）单击按钮，输入2.00，倒角.如图5.54所示。图5.54（63）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（64）绘制草绘平面如图5.55所示。图5.55（65）单击按钮，退出草绘界面。（66）单击按钮，输入26.00, 单击按钮，完成。如图5.56所示。图5.56（67）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（68）绘制草绘平面如图5.57所示。图5.57（69）单击按钮，退出草绘界面。（70）单击按钮，输入100.00, 单击按钮，完成。如图5.58所示。图5.58（71）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（72）绘制草绘平面如图5.59所示。图5.59（73）单击按钮，退出草绘界面。（74）单击按钮，输入100.00, 单击按钮，完成。如图5.60所示。图5.60（75）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（76）绘制草绘平面如图5.61所示。图5.61（77）单击按钮，退出草绘界面。（78）单击按钮，输入1000.00, 单击按钮，完成。如图5.62所示。图5.62（79）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（80）绘制草绘平面如图5.63所示。图5.63（81）单击按钮，退出草绘界面。（82）单击按钮，输入32.00, 单击按钮，完成。如图5.64所示。图5.64（83）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（84）绘制草绘平面如图5.65所示。图5.65（85）单击按钮，退出草绘界面。（86）单击按钮，输入200.00, 单击按钮，完成。如图5.66所示。图5.66（87）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（88）绘制草绘平面如图5.67所示。图5.67（89）单击按钮，退出草绘界面。（90）单击按钮，输入160.00, 单击按钮，完成。如图5.68所示。图5.68（91）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（92）绘制草绘平面如图5.69所示。图5.69（93）单击按钮，退出草绘界面。（94）单击按钮，输入160.00, 单击按钮，完成。如图5.70所示。图5.70（95）单击按钮，输入5.00，倒角。如图5.71所示。图5.71（96）单击按钮，输入5.00，倒角。如图5.72所示。图5.72（97）单击按钮，输入5.00，倒角。如图5.73所示。图5.73（98）选中目标如图，单击按钮，选取基准面RIGHT为镜像面，单击按钮，完成。（99）单击按钮，单击放置上拉菜单定义选项，打开草绘对话框。（100）绘制草绘平面如图5.74所示。图5.74（101）单击按钮，退出草绘界面。（102）单击按钮，输入160.00, 单击按钮，完成。如图5.75所示。图5.75（103）单击按钮，单击放
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