M1432A万能外圆磨床工作台设计.doc

M1432A万能外圆磨床工作台设计

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[摘要]本次设计主要完成M1432A万能磨床工作台设计，研究磨床的工作原理，在组成的基础上对导轨、支撑板、轴进行设计，对它进行整体设计。
[关键词] 外圆磨床、工作台、导轨、支撑板、轴

M1432A universal cylindrical grinder bench design

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Abstract：This design mainly completes M1432A universal grinder worktable design of grinder, working principle, the composition based on the rails, supporting plate, shaft design, the overall design
Keywords : Cylindrical grinding machine, bench, guide, support plate, shaft
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第 - 39 -页 共 28 页

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前言
机械制造业是国民经济的基础产业，它的发展直接影响到国民经济各部门的发展，也影响到国生和国防的加强。因此，各国都把机械制造业的发展放到首要位置。其中装备制造业是国民经济的脊梁，它的各项经济指标占全国工业的比重高达四分之一至五分之一；是高技术的载体及转化为生产力的桥梁和通道，20世纪兴起的信息技术、核技术、空间技术等，无一不是装备制造业创造出来的；是产业升级的手段，生产工作母机、提供重大装备；是外贸出口的主力，占全国外贸出口的36%以上；是国家安全的重要保障，在高技术和数字化战争时代，装备制造业还是国家的战略产业，它是实现工业化的必备条件，是衡量一个国家国际竞争力的重要标志，是决定我国在国际分工中地位的关键因素。机床是机械加工中的主要加工设备，在生产实践中有着重要的作用，它的加工精度、加工效率都直接反映着加工的水平。
随着磨削技术的发展，磨床在加工机床中的比例越来越大。据1997年欧洲机床展览会（EMO）的调查数据表明，25%的企业认为磨削是他们应用的最为主要的加工技术，车削只占23%，钻削占22%，其它的占8%；而磨床在企业中占机床的比重高达42%，车床占23%，钻床占14%。我国从1949—1998年，开发生产的通用机床有1800多种，专用机床有几百种，磨床的拥有量占金属切削机床总拥有量的13%左右。可见，磨床及磨削技术在机械制造业中占有极其重要的位置。它作为金属切削行业的一个重要分支，随着工业的发展，对机械零件的加工精度和表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工显得更加重要。尤其是在汽车、电力、船舶、冶金、军工、航天航空等行业，磨床正发挥着越来越大的作用。“十一五”期间，经过调整和整合期后的磨床行业，将会迎来新一轮的发展期

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目 录
绪 论 - 1 -
1.1 磨床 - 1 -
1.1.1 磨床的类型和特点 - 1 -
1.1.2磨床的用途 - 2 -
1.2 磨床的现状及其发展趋势 - 2 -
1.2.1 磨床的现状 - 2 -
1.2.2 磨床的发展趋势 - 3 -
1.3 选题的目的及其意义 - 4-
1.4 主要方法及技术路线 - 5 -
第二章 M1432A万能外圆磨床 - 6 -
2.1 M1432A万能外圆磨床的用途和布局 - 6 -
2.2.1 M1432A万能外圆磨床的用途 - 6 -
2.2.2 M1432A万能外圆磨床的布局 - 6 -
2.2 主要技术参数 - 7-
第三章 磨床工作台的设计 - 9 -
3.1设计准则 - 9-
3.2 工作台的组成和功能 - 10-
3.3 技术条件 - 11-
3.4 设计计算 - 11-
3.4.1 导轨的设计 - 11-
3.4.2支撑件的结构设计 - 12-
3.5 电机的选择 - 13-
3.6 电机运动参数的计算 - 15-
3.7齿轮传动的设计 - 16-
3.7.1 选择齿轮传动的类型 - 16-
3.7.2 选择材料 - 16-
3.7.3 按齿面接触疲劳强度设计 - 17-
3.7.4 确定齿轮的主要参数与主要尺寸 - 7 -
3.7.5 校核齿根弯曲疲劳强度 - 8 -
3.7.6 确定齿轮传动精度 - 8 -
3.7.7 齿轮结构设计 - 8 -
3.9轴的校核与计算 - 8 -
3.10弯矩组合图 - 21 -
3.11 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径 - 21 -
3.12 齿轮上键的选取与校核 - 21 -
3.13轴承的选用 - 21 -
3.13.1 轴承的类型 - 22-
3.13.2 轴承的游隙及轴上零件的调配 - 22-
3.13.3 滚动轴承的配合 - 22 -
3.13.4 滚动轴承的润滑 - 23-
3.13.5 滚动轴承的密封装置 - 24 -
总结 - 25-
毕业设计小结 - 26-
致 谢 - 27-
参考文献 -28 -

绪 论
毕业设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。而高职类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，通过毕业设计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。
使学生进一步巩固和加深对所学的知识，使之系统化、综合化。培养学生独立工作、独立思考和综合运用所学知识的技能，提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和技能。
培养学生的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路。
使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。
本次毕业设计主要是解决工作台的工作原理和机械机构的设计与计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。
1.1 磨床
1.1.1 磨床的类型和特点
用磨料磨具（砂轮、砂带、油石和研磨料等）为工具进行切削加工的机床，统称为磨床（英文为Grinding machine），它们是因精加工和硬表面的需要而发展起来的。
磨床种类很多，主要有：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床和用来磨削特定表面和工件的专门化磨床，如花键轴磨床、凸轮轴磨床、曲轴磨床等。
对外圆磨床来说，又可分为普通外圆磨床、万能外圆磨床、无心外圆磨床、 宽砂轮外圆磨床、端面外圆磨床等
以上均为使用砂轮作切削工具的磨床。此外，还有以柔性砂带为切削工具的砂带磨床，以油石和研磨剂为切削工具的精磨磨床等。
磨床与其他机床相比，具有以下几个特点：
（1）磨床的磨具（砂轮）相对于工件做高速旋转运动（一般砂轮圆周线速度在35米／秒左右，目前已向200米／秒以上发展）：
（2）它能加工表面硬度很高的金属和非金属材料的工件；
（3）它能使工件表面获得很高的精度和光洁度；
（4）易于实现自动化和自动线，进行高效率生产；
（5）磨床通常是电动机一一油泵一一发动部件，通过机械，电气，液压传动一一传动部件带动工件和砂轮相对运动～一工件部分组成
1.1.2磨床的用途
磨床可以加工各种表而，如内、外圆柱而和圆锥而、平而、渐开线齿廓而、螺旋而以及各种成形表面。磨床可进行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以进行各种高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。
1.2 磨床的现状及其发展趋势
1.2.1 磨床的现状
随着机械产品精度、可靠性和寿命的要求不断提高以及新型材料的应用增多，磨削加工技术正朝着超硬度磨料磨具、开发精密及超精密磨削（从微米、亚微米磨削向纳米磨削发展）和研制高精度、高刚度、多轴的自动化磨床等方向发展H1，如用于超精密磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均半径可小至4p m、磨削精度高达0.025p m；使用电主轴单元可使砂轮线速度高达400m/s，但这样的线速度一般仅用于实验室，实际生产中常用的砂轮线速度为40-60m/s：从精度上看，定位精度<2p m，重复定位精度≤±lp m的机床已越来越多；从主轴转速来看，8.2kw主轴达60000r/min，13kw达42000r/min，高速已不是小功率主轴的专有特征；从刚性上看，已出现可加工60HRC硬度材料的加工中心。
北京第二机床厂引进日本丰田工机公司先进技术并与之合作生产的GA (P) 62-63数控外圆／数控端面外圆磨床，砂轮架采用原装进口，砂轮线速度可达60m/s，砂轮架主轴采用高刚性动静压轴承提高旋转精度，采用日本丰田工机会司GC32-ECNC磨床专用数控系统可实现二轴（X和Z）到四轴（X、Z、U和W）控制。
此外，对磨床的环保要求越来越高，绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩壳，绝对没有切屑或切削液外溅的现象。大量的工业清洗机和切削液处理机系统反映现代制造业对环保越来越高的要求。
1.2.2 磨床的发展趋势
制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，机械制造是制造业的核心。数控技术的应用使得传统的制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国民生计起着越来与重要的作用。当前数控技术及其装备的发展的趋势：高速、精密化 ;可靠性 ;数控机床设计CAD化、功能多样化 ;智能化、网络化、柔性化、集成化 ;开放性 ;复合性 ;串行总线计算机数控系统 ;重视新技术标准、规范的建立。
随着科学技术的发展，对机械零件的精度和表面质量要求越来越高，各种高硬度材料的应用日益增多。精密铸造和精密锻造工艺的发展，使得有可能将毛坯直接磨成成品。高速磨削和强力磨削，进一步提高了磨削效率。因此，磨床的使用范围日益扩大。它在金属切削机床所占的比重不断上升。目前在工业发达的国家中，磨床在机床总数中的比例已达30%-40%。
据1997年欧洲机床展览会(EMO)的调查数据表明，25%的企业认为磨削是他们应用的最主要的加工技术，车削只占23%， 钻削占22%，其它占8%;而磨床在企业中占机床的比例高达42%，车床占23%，铣床占22%，钻床占14%出1。由此可见，在精密加工当中，有许多零部件是通过精密磨削来达到其要求的，而精密磨削加工会要在相应的精密磨床上进行，因此精密磨床在精密加工中占有举足轻重的作用。但是要实现精密磨削加工，则所用的磨床就应该满足以下几个基本要求：
（1）高几何精度 精密磨床应有高的几何精度，主要有砂轮主轴的回转精度和导轨的直线度以保证工件的几何形状精度。主轴轴承可采用液体静压轴承、短三块瓦或长三块瓦
油膜轴承，整体度油楔式动压轴承及动静压组合轴承等。当前采用动压轴承和动静压轴承较多。主轴的径向圆跳动一般应小于lum，轴向圆跳动应限制在2-3um以内。
（2）低速进给运动的稳定性 由于砂轮的修整导程要求10-15mm/min，因此工作台必须低速进给运动，要求无爬行和无冲击现象并能平稳工作。
(3)减少振动 精密磨削时如果产生振动，会对加工质量产生严重不良影响。故对于糟密磨床，在结构上应考虑减少振动。
(4)减少热变形 精密磨削中热变形引起的加工误差会达到总误差的5026，故机床和工艺系统的热变形已经成为实现精密磨削的主要障碍。
1.3 选题的目的及其意义
在国民经济各部门、人民的日常生活中，使用者各种机器设备、仪器工具，这些机器、机械 、仪器和设备和工具大部分是由一定的形状和尺寸的金属零件所组成的。生产这些零件并将它们装配成机器、机械、仪器和工具的工业，称为机械制造工业。在机械零件的制造过程中，采用铸造、锻压、焊接、冲压等制造方法，可以获得低精度零件。对于精度要求高、表面粗糙度小的零件，主要依靠切削加工的方法获得，尤其是加工精密零件时，需经过多道工序的切削加工才能完成。因此，机械加工设备是机械制造业的主要加工设备。在一般的机器制造厂中，金属切削机床所负担的加工工作量，余额占总工作量的40%～60%。金属切削机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平。。
机床是在人类认识和改造自然的过程中产生，又随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展、不断完成的。最原始的机床是木制的，所有运动由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在18世纪中叶开始发展起来的。18世纪发明了机动刀架，并以蒸汽机为动力，对机床进行驱动或通过多轴对机床进行集群驱动，才形成了现代机床的雏形。19世纪至20世纪初，随着电动机的问世，电动机取代了蒸汽机，经过了多轴对机床进行集群驱动、单独电动机驱动的封闭齿轮箱的发展过程，才使机床具备了现代的结构形式。上世纪40年代，随着高速钢的和硬质合金工具的使用以及液压技术的应用，使机床在传动、机构、控制等方面得到很大的改进，加工精度和生产率得到显著提高。自上世纪50年代以来，计算机技术开始应用于机床中，先后出现了数控机床、加工中心柔性制造系统等。计算机集成制造的出现，表明机械制造业正在走向一个新的变革时代。电火花加工、电解加工、超声波加工、电子束加工等各种机械加工设备，表明特种加工设备也有了长足的发展。
机床设计是设计人员根据不同使用部门的要求，运用有关的科学技术知识，进行创造性的劳动。随着生产的发展，使用的要求也不断地提高，而科学技术的发展和工艺水平的提高，从而使机床的设计和制造获得了迅速的发展。
毕业设计是培养学生设计能力的重要实践环节，通过设计掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想，培养学生分析和解决实际问题的能力，使学生成功的走向工作岗位。我设计的题目为：M1432A万能外圆磨床工作台的设计，通过本次设计毕业设计对普通机床组成、控制、结构运动、设计加以了解；通过机床设计掌握普通机床设计的基本方法,并且对专用机床的设计作进一步了解；通过机床设计培养和锻炼自身的工程素质和工程实践能力。
1.4 主要方法及技术路线
(1)导轨的设计计算
(2)支撑板的设计 ·
(3)轴的设计
(4)整体的结果设计
(5)绘制装配图 ·
(6)绘制非标准零件图

第二章.电机选择
2.1电动机选择
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11kW
2.1.3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（GB 10095-88）。
3>材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280 HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240 HBS，二者材料硬度差为40 HBS。
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。
（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

==2mm
h=2.252.252=4.5mm
49.56/4.5=11.01
（4）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= 7.6 m/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10-5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S＝1.4,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
m
2
2
压力角

20
20
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
m
3
3
压力角

20
20
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

4.1.2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/T 5014-2003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

84mm

1-2段直径

50mm

2-3段轴长

40.57mm

2-3段直径

62mm

3-4段轴长

49.5mm

3-4段直径

65mm

4-5段轴长

85mm

4-5段直径

70mm

5-6段轴长

60.5mm

5-6段直径

82mm

6-7段轴长

54.5mm

6-7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 4-2
4.2.4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 。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

263.6
1-2段轴长

29.3mm

1-2段直径

25mm

2-3段轴长

90mm

2-3段直径

45mm

3-4段轴长

12mm

3-4段直径

57mm

4-5段轴长

51mm

4-5段直径

45mm

4.3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,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/T 5014-2003 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4-3
4.4.2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

80mm

1-2段直径

30mm

2-3段轴长

45.81mm

2-3段直径

42mm

3-4段轴长

45mm

3-4段直径

31.75mm

4-5段轴长

99.5mm

4-5段直径

48.86mm

5-6段轴长

61mm

5-6段直径

62.29mm

6-7段轴长

26.75mm

6-7段直径

45mm

5.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 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_1

6>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。

5

5-15基准平面对话框 5-15基准平面DTM1
7>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DTM2

8>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5-19中的曲线1作为草绘剖面。再图标中输入拉伸深度为“b”，完成齿根圆实体的创建，创建后的结果如图5-20所示。

图5-19草绘的图形

5-20拉伸的结果
（7）创建一条齿廓曲线
1>在右工具箱中单击按钮，系统弹出“草绘”对话框，选取基准平面FRONT作为草绘平面后进入二维草绘平面。
2>在右工具箱单击按钮打开“类型”对话框，选择“单个”单选按钮，使用和并结合绘图工具绘制如图5-21所示的二维图形。

图

5-21 草绘曲线图 5-22显示倒角半径

3>打开“关系”对话框，如图5-22所示，圆角半径尺寸显示为“sd0”，在对话框中输入如图5-23所示的关系式。

图5-23“关系“对话框
（8）复制齿廓曲线
1>在主菜单中依次选择“编辑” “特征操作”选项，打开“菜单管理器”菜单，选择其中的“复制”选项，选取“移动”复制方法，选取上一步刚创建的齿廓曲线作为复制对象。

图5-24依次选取的 菜单
2>选取“平移