5吨洒水车侧取力器的设计与制造--机械设计制造及其自动化毕业论文.doc

编码2017-JXSJ专业代码-编号本科毕业设计5吨洒水车侧取力器的设计与制造学 院机械工程学院专 业机械设计制造及其自动化学 号学生姓名指导教师黄胜银提交日期年 月 日诚信承 诺 书本人郑重承诺和声明:我承诺在毕业论文撰写过程中遵守学校有关规定,恪守学术规范,此毕业论文(设计)中均系本人在指导教师指导下独立完成,没有剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,没有篡改研究数据,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,如有违规行为发生,我愿承担一切责任,接受学校的处理,并承担相应的法律责任。毕业设计作者签名：年月日摘 要为常见的五吨洒水车设计一种合适的侧取力器，对根据市面上已有的取力器为基础对其结构进行优化设计，使设计出来的取力器能通过人为的控制有序地从变速箱取力为水泵提供动力。选择恰当的材料，使选用的材料能够保证取力器的安全可靠性。该取力器采用气动控制，通过啮合套的啮合与断开控制取力器的工作，从而决定水泵是否可以工作。在此过程中能够综合利用大学学过的知识，对零件进行设计校核，分析选配零件为零件制定恰当工艺规程和高效合理地设计出专用夹具，学会使用绘图软件。从而对取力器进行优化研究，按照行业标准制造,并且依据其使用工况范围设计出一个更加合适的取力器方案。关键字：取力器;设计;制造目 录前言1第1章 取力器基本参数的选择及确定31.1 基本设计参数的选择31.2 设计参数的计算及确定31.3 计算各轴转矩4第2章 取力器齿轮的设计校核52.1 取力器齿轮的设计52.1.1 选择齿轮的传动类型、精度等级、齿数和材料及许用应力52.1.2 计算齿轮的几何尺寸62.1.3 计算圆周速度72.2 齿轮的强度校核72.2.1 齿面接触疲劳强度校核72.2.2 齿根弯曲疲劳强度校核8第3章 取力器轴的设计校核103.1 取力器输入轴的设计103.1.1 取力器输入轴的设计103.2 取力器输出轴的设计与校核103.2.1 取力器输出轴的设计103.2.2 输出轴的强度校核12第4章 键的选择与校核154.1 啮合套与输出轴的连接154.1.1 平键的概述与选择154.1.2 平键的校核154.2 啮合套之间的花键连接154.2.1 花键的概述与选择154.2.2 花键的校核16第5章 轴承的选择和寿命的计算175.1 轴承的选择175.2 轴承寿命的计算17第6章 取力器其它零件的设计选择186.1 挡油盘的设计186.2 双圆螺母的选择186.3 密封圈的选择186.4 法兰盘的选择186.5 输入轴上的定位零件18第7章 部分零件的加工工艺规程197.1 制定工艺规程的要求与原则197.2 输出轴的工艺分析197.3 输出齿轮的工艺分析20第8章 利用UG NX6.0辅助设计218.1 UG NX6.0概述218.2 输出轴的建模218.3 其余零件的建模及装配26第9章 气缸螺纹部分专用夹具的设计289.1 机床夹具的概述289.2 气缸加工螺纹部分的专用夹具设计289.2.1选择毛坯289.2.2 拟定工艺路线289.2.3 拟定定位方案选定定位元件299.2.4 选择夹紧方案299.2.5 选用对刀装置299.3 夹具装配图29结论31致谢32参考文献33III商丘工学院本科毕业设计前 言专用车通常是某些装置有专用设备从而可以具备某种专用功能的车辆的统称，例如常见的洒水车、消防车都具有专项作业功能。专用汽车是依据实际工作情况进行设计的，因此在完成规定条件下作业的同时其在提高效率，降低生产制造成本等方面也具备更加明显的优势。现如今专用汽车的快速发展与取力器发展缓慢的矛盾日益突出，需求造就市场，只有对取力器进行进一步的研究和分类设计，做好选配工作，才能有益于优化取力器并把制造成本降下来，满足各改装车厂的不同需求。洒水车作为一种较为常见的专用车辆越来越广泛的被应用于人们的生活中，其功能也越来越具体，它与普通汽车的主要区别是它不仅在结构上满足了普通汽车的应用要求，而且还符合专用车在功能上的要求，即，保证工作的高效性，并通过设计恰当的传动比以保证较高的传递效率。这就要求我们在设计过程中不仅要保证能够满足洒水功能同时也要确保其作为汽车的性能应当不受影响。在洒水车的取力系统中有两个最必不可少的部件，一个是具有典型意义的水泵，另一个就是保证工作进行的取力器。取力器又称功率输出器，一般是连接传动轴或者直接与变速箱低档齿轮啮合，从而为水泵等取力装置提供动力，各类需要额外动力的专用车（例如常见的洒水车和消防车等），都可以通过控制驾驶室内的一个单独的控制开关来控制取力器，以便获取所需动力，其从结构上来看就是一组或多组齿轮组成的用以改变转速的部件，由齿轮箱、控制器组合而成。其结构、质量的高低，对专用车而言至关重要，其多变的工作环境和较长工作时间要求其具有更高的使用安全性和高效性。取力器的取力方式包括：侧端取力、后端取力、夹心取力、全功率取力等。不同类别的取力器其控制方式也随着工作环境的不同而不同，其中较为常见的控制方式是气动控制。这种操作的方式为：工作人员打开操作开关，在压力作用下使取力齿与输出齿相啮合，在传动轴的作用下带动水泵进入工作状态，当操纵开关复位后齿轮脱离啮合，水泵便失去动力。取力器最基本最重要的工作理念就是齿轮之间的啮合，因此取力器齿轮也是取力器中最容易发生故障的一部分，齿轮的损坏会致使水泵系统失去动力源，洒水车失去洒水能力。因此在进行设计时，有必要充分考虑齿轮的材料、结构以降低取力器出现故障的可能性。取力器的种类、结构是多种多样的，但是我们有必要考虑洒水车的实际工作情况以便于选择更恰当的取力器种类，设计合适的取力器结构。现阶段取力器市场缺乏规范化，质量更是参差不齐。技术含量低、粗制滥造的取力器，有害于专用汽车的良好发展，因此对取力器进行优化研究，按照行业标准制造,并且依据其使用工况范围设计出一个更加合适的取力器方案是一项十分有必要的工作。一名合格的机械工作者应当充分考虑到产品的三化：系列化，标准化，通用化，这样做出来的产品才能够具有更加广泛的应用空间，在不同的实际情况下能很快地对产品进行改造。在进行机械设计时无疑应该尽量满足机械产品的“三化”要求，在进行零件选用时若条件允许则尽量选择标准件；对于核心部件的选择，如水泵，变速箱等，应尽量选用市面上应用较为广泛的部件，尽量从专业生产厂家中优选。设计时还要注意以下要求：适用性，可靠性，方便性等，对取力器的体积重量的进行必要的考虑，本着经济的原则进行设计。第1章 取力器基本参数的选择及确定1.1 基本设计参数的选择在实际工作中侧取力器更能满足洒水车的工作要求，即：取力器从变速箱的输出轴齿轮上进行取力，因此本次设计针对侧取力器进行研究。以市面上常见的福田五吨小型洒水车为例，其参数如下：发动机型号为: 锡柴厂家生产的4DX康威系列，型号为DX13-96NG2，最大马力可以达到96马力，最大扭矩为260，最大扭矩转速可以达到19002000r/min；其变速箱采用的是东风厂家的DF5S300系列中型号为17Q08-00030的一款；常用来配型的水泵其型号为：80QZB(F)60/90，其转速为1180r/min，功率为22.5kw，可左右旋转。为了满足实际工作中的需要，需要对变速箱进行改造，其变速箱经过改装后其输出齿轮齿数为21，输出轴转速为619r/min。因为其常啮合齿轮模数为3，螺旋角为21.4。因此，在进行取力器设计时，应将输入齿轮模数定为3，螺旋角定为21.4。变速箱和取力器的传动比简图如下：图1.1 取力器传动简图1.2 设计参数的计算及确定汽车的变速箱是连接在发动机上的，因此其输入轴转速取为2000r/min，型号为：80QZB(F)60/90的水泵在工作中额定转速为1180r/min。计算从发动机到水泵之间的传动比，可根据公式，得：在进行设计时令取力器小齿轮即输入轴齿轮齿数为25，因为变速箱工作时的常啮合齿轮有17个齿，所以有：变速器进行减速的的传动比为：，所以变速器输出齿轮齿数：；变速器的输出与取力器的输入之间有一个传动比为：取力器进行减速时的传动比即为：所以，即取力器输出轴齿轮齿数为。此时亦能满足总传动比为1.695的要求，也就是满足取力其输出轴转速为水泵转速1180r/min。计算各齿轮转速分别如下：变速箱输出轴的转速为：取力器输入轴转速为：取力器输出轴转速为：1.3 计算各轴转矩已知水泵的功率为，因为取力器输出轴和水泵之间的传递效率在实际工作中总是小于1，所以此处可以取为0.99，此时得到取力器在满足该条件时的输出功率为： 同时，取力器输入输出之间采用的是圆柱齿轮传动，而且通常其精度等级能够满足IT7IT9级的要求，由机械设计手册可查得其传动精度为0.960.98，此处取其传动精度为0.97代入计算，由机械设计式（10-1）可计算各轴转矩如下：取力器输出轴转矩为:取力器输入轴转矩为:变速输出轴转矩为:变速器输入轴转矩为:第2章 取力器齿轮的设计校核2.1 取力器齿轮的设计2.1.1 选择齿轮的传动类型、精度等级、齿数和材料及许用应力（1）选择齿轮传动类型 因为变速器就是斜齿圆柱轮，根据齿轮的啮合条件与之啮合的齿轮也要应该是斜齿圆柱齿轮。齿轮选用标准压力角，其值为。（2） 选择精度等级 考虑取力器的工作效率及使用寿命，则取力器需要较高的精度等级；考虑到加工的难易程度的实际情况，故选择7级精度。（3） 选择齿数 根据前述及计算可以确定选择小齿轮齿数为，大齿轮齿数为。（4） 选择材料 根据参考资料机械设计齿轮传动一章中表10-1常用的齿轮材料及其力学性能，根据设计的情况选择大小齿轮的材料均可以为20CrMnTi渗碳、淬火、低温回火处理，该材料的齿轮齿面硬度范围值为5662HRC。（5） 确定许用应力1） 齿轮弯曲疲劳极限、接触疲劳极限。由图10-23d齿轮材料的弯曲疲劳极限，按材料和齿面硬度查取；由图10-25d齿轮材料的接触疲劳极限，按材料和齿面硬度查取。2） 应力循环次数N。跟据机动车强制报废标规定正常车辆使用寿命为15年，为了提高安全系数，本次计算中采用寿命为20年。假设洒水车每年有200天进行洒水，每天进行8小时，由式（10-18）计算，则有： 3） 疲劳寿命系数、。 根据机械设计中图10-24弯曲疲劳寿命系数，得，；同时在该书中可读图10-26接触疲劳寿命系数，得到，。4） 疲劳强度安全系数，。 根据材料的性质可确定该齿轮是硬齿面，所以由机械设计手册查得，其弯曲疲劳强度安全系数值可以取在为1.41.6，取为1.4代入计算，接触疲劳强度安全系数值可以取在为1.11.2之间，取为1.1代入计算。5） 许用应力。由式（10-19）、式（10-20）计算,输入齿轮的许用弯曲应力值为：输出齿轮的许用弯曲应力值为：输入齿轮的许用接触应力值为输出齿轮的许用弯曲应力值为2.1.2 计算齿轮的几何尺寸因为要设计的齿轮与变速箱齿轮啮合，变速箱上齿轮的模数，螺旋角值，所以要设计的齿轮的模数、螺旋角应当与变速箱齿轮的模数、螺旋角相同，螺旋角。（1）分度圆直径小齿轮的分度圆直径：大齿轮的分度圆直径：（2） 确定齿宽因为取力器齿轮在工作过程中采用非对称布置，且齿面为硬齿面所以查表10-7圆柱齿轮的齿宽系数，根据该表可以确定齿宽系数值在0.30.6之间，取。因此，.圆整取，取。即：小齿轮的齿宽为35毫米，大齿轮的齿宽为28毫米。（3） 齿顶圆、齿根圆直径。小齿轮的齿顶圆直径：大齿轮的齿顶圆直径：小齿轮的齿根圆直径：大齿轮的齿根圆直径： 2.1.3 计算圆周速度对照表10-2渐开线齿轮传动精度等级的选择，当精度等级为7级时期斜齿圆柱齿轮的圆周速度范围为小于等于15m/s,所以选用7级精度是可以的。 2.2 齿轮的强度校核2.2.1 齿面接触疲劳强度校核1）校核计算式（10-26）2） 确定该公式中所需的各个计算值。，；根据该书中表10-6可以查得弹性影响系数值：。载荷系数。由表10-4使用系数，查得使用系数；根据速度，7级精度，依据图10-11，查得载动系数值；根据前述可以得到该齿轮是斜齿轮、硬齿面、7级精度，(-圆周力)。斜齿轮、齿面硬化，速度大于100N/mm，所以由表10-5可以得到该齿轮的齿间载荷分配系数值为；根据，硬齿面，两支撑相对于齿轮为非对称布置，由图10-14齿向载荷分布系数，可以得到其值为。最终可以由下式确定载荷系数值为：齿数比 节点区域系数 由图10-20时的节点区域系数图接触疲劳重合度系数 按式（10-25）计算端面啮合角（压力角） 齿顶圆压力角端面啮合度轴向啮合度 由于，则按计算螺旋角影响系数。按式（10-27）计算因为齿面接触疲劳强度的计算值小于齿面接触疲劳强度的允许值，所以以上设计在此方面可以满足工作要求。2.2.2 齿根弯曲疲劳强度校核1） 校核计算式（10-21）2） 确定公式中的各计算值。、同前述。弯曲疲劳强度的重合度系数。按式（10-22）、（10-23）计算基圆上的螺旋角: 当量齿轮的重合度 重合度系数 螺旋角影响系数值的确定。根据前述其轴向重合度的值计算为3.12，由图10-29螺旋角影响系数查取。齿形系数、应力修正系数。计算当量齿数 依据图10-17齿形系数表确定，；依据图10-18应力修正系数表确定，。计算并比较两齿轮的值。由上述所计算的数值可以看出齿轮1的数值比齿轮2的大，所以齿轮1弯曲疲劳强度较低，因此仅校核小齿轮1的强度即可。由上式可以看出以上设计在弯曲疲劳强度方面满足要求。综上，此种方案设计的齿轮在齿面接触疲劳强度和弯曲疲劳强度上均满足要求。35第3章 取力器轴的设计校核3.1 取力器输入轴的设计3.1.1 取力器输入轴的设计1.选择轴的材料在材料选择方面考虑到该轴工作情况可以选择40Cr，通过调制处理提高性能。可以查询机械设计手册得到该材料的表面硬度值为241286HBW，抗拉强度极限值是750兆帕，。2.初步估算轴的直径此轴为转轴，按扭转强度估算轴的最小轴径。首先确定取力器输入功率其中，为传动总效率，同前述，。；由前面计算可以得出该轴的转速应为。根据式，查表12-3常用材料的值，查得的范围为118107取，得。在实际设计中为固定输入齿轮，需要安装双螺母，所以需要在轴上加工出螺纹，为提高安全性能，同时为了便于测量取该端轴的轴径为33mm。因为输入齿轮在该轴上一侧采用套筒另一侧采用双圆螺母进行定位。因此，该轴既没有轴肩也不需要安装键，减少了应力集中，并没有减小安全系数，此处不再对该轴进行校核。3.2 取力器输出轴的设计与校核3.2.1 取力器输出轴的设计1.选择轴的材料该输出轴同输入轴选用同等材料，并进行同等处理。其性能参数同前述。2.初步估算轴的直径此轴为转轴，按扭转强度估算轴的最小轴径。首先确定取力器输入功率此处，。；由前面计算可知该轴的转速。根据式，同样查表12-3得到的范围为118107取，得3. 轴的设计根据轴上安装零件的布置和尺寸初步估算轴的直径，进行轴的结构设计。（1）轴上零件的定位如图所示 图3.1 输出轴零件定位图在该轴的两端都需要安装轴承，为了便于安装和维修，同一根轴上的不同部分应该采用同一种型号的轴承。因此，这两个部位的轴的直径应该是相等的；在安装齿轮的地方一侧采用轴肩定位保证定位可靠，另一侧采用套筒定位可以便于拆卸安装。（2） 确定各段的轴径如图所示，轴径的大小应当根据：定位轴肩；标准件标准系列选取。从左侧安装轴承处开始依次向右侧选取，第一段轴径取为，满足轴承内圈尺寸；在取力器的使用中为了减少轴的不必要的损耗，要在轴和齿轮之间安装滚针，此处取滚针直径为，因此在第二段处轴的直径取为；第三段轴径取为，满足轴承内圈尺寸；然后加工一个退刀槽，此处的直径为；最后一段为了配合安装标准件法兰盘，因此需要根据法兰的螺纹尺寸进行加工螺纹。（3） 确定各段的轴的长度 图3.2 输出轴简图确定各轴段的长度不仅需要依据轴上所安装零件的宽度，同时也要考虑到它们之间的位置要布置得合理。如图所示从左往右，最左侧直径处根据轴承宽度，滚针长度，以及挡油盘厚度确定。轴承宽度为21mm，滚针长度为50mm，油盘厚度为15mm。总长度为86mm，为了定位紧密可靠取该段轴长为84mm；直径处，该轴段为了固定啮合套会安装A型键，取该段长度为45mm；直径根据挡油盘的宽度，轴承的宽度，以及满足端盖的要求，取该段周长为62mm；最后需要加工螺纹处，根据法兰的螺纹长度取本段长度为24mm。3.2.2 输出轴的强度校核1.按弯扭合成校核轴的强度现在可以依据轴的结构和安装的零件绘制轴的受力简图如下，根据材料力学所学，可以将集中载荷的作用点定于轴承的中间便于计算。（1）齿轮上作用力的大小齿轮的分度圆直径为：轴的转矩为：圆周力的大小：轴向力的大小：径向力的大小：（2）计算该轴的水平面支反力、和弯矩，并绘制出水平面弯矩简图。（3）计算该轴的垂直面支反力、和弯矩，并绘制出垂直平面弯矩简图。 （4）求出合成弯矩并绘制简图。（5）求出转矩，并绘制出转矩简图。 （6）求出当量弯矩值，并绘制出该值的简图。由实际工作情况可以得到该轴工作时是单向回转，因此可以将转矩按脉动循环的方式进行处理，同时令。各截面当量弯矩为： （7） 依照弯扭合成应力对该轴的强度进行校核验证。综合以上运算，截面B处当量弯矩最大，所以，截面B为危险截面。查表12-1，计算得综合以上运算，可以得出结论：该轴的强度可以满足应力要求。图3.3 受力分析简图第4章 键的选择与校核4.1 啮合套与输出轴的连接4.1.1 平键的概述与选择键的类型用很多，在选择键时，应当在满足强度要求时选用加工难度较小的类型，因此，此处选用平键。在本次设计的被连接的轴上的零件在实际工作过程中需要在轴上进行滑动，因此可以采用导向平键或滑键。通常导向平键比较长，将导向平键主要为两类：圆头平键（A型）和平头平键（B型）。在安装时常用两个紧定螺钉使键能够在键槽中更好的固定，而键上的起键螺孔便于键的拆卸。在输出轴的轴段直径为50mm处，啮合套在轴上既需要定位在工作时又会有相对于轴的滑动，为了便于安装啮合套及其滑动，需要安装键；为了便于加工，此处选择A型键（圆头平键）连接。本次选择平键的型号为：键 1436GB1096-79，长度为36mm。4.1.2 平键的校核型号为1436GB1096-79的平键，即该键的宽度为14mm，厚度为9mm，长度为36mm。为了满足应力要求此处采用双键，相隔布置。该键的材料选用钢，在齿轮进行滑移是会对键造成轻微冲击，所以可由表6-2查得该键的许用应力，键的工作长度为，键与轮毂槽的接触高度 T传递的转矩（Nmm）；K该平键与轮毂键槽进行接触时的高度等于0.5h（mm）；d轴的直径（mm）；键的工作长度（mm）；键、轴和轮毂三者中最弱材料的需用应力（Mpa）由上式计算可知此键满足要求。4.2 啮合套之间的花键连接4.2.1 花键的概述与选择花键是由两个部分组成的：内花键、外花键。由于与平键相比，花键在形式和制造工艺上都有所不同。因此与平键连接相比，花键有的优点可以概括如下：在受力更加均匀的同时又能承受较大的载荷；由于其结构优势使其能保证轴上的零件与轴的对中性和导向性。因为花键的受力较为均匀能承受较大的载荷，最重要的是在进行动连接时更好的导向性，所以此处选用花键啮合比较合适。在输出齿轮的右侧加工出外花键，以便于与啮合套上已加工出的内花键进行连接，满足工作要求。结合轴的直径以及齿轮的宽度等因素，此处选择花键副： GB1144-87。4.2.2 花键的校核此处相啮合的花键是在工作时的啮合，因此，根据公式确定应满足的强度条件为 是传递的转矩； 表示的是载荷分配不均系数，一般该数的取值与花键齿数的数目相关，此处的花键齿数为14，故将该值取为0.8； 是花键的齿数； 是花键侧面的工作高度； 是花键的工作长度； 是花键的平均直径；是花键的许用压应力由表6-5可查的此处的许用压应力为10至20MPa，取15MPa。代入数据，可以得到如下结果：因此，此花键满足要求。第5章 轴承的选择和寿命的计算5.1 轴承的选择深沟球轴承在机械产业中应用十分广泛，从受力而言深沟球轴承不仅能够承受径向载荷，而且可以承受轴向的载荷；从转速而言深沟球轴承不仅适用于高转速甚至可以用于极高转速的情况；最重要的是其制造成本相对较低又不必经常进行维护。所以本次可以选用深沟球轴承。5.2 轴承寿命的计算计算轴承的寿命，就是使轴承的使用时间大于取力器的使用时间，此处轴承选用型号为6207（GB276-89）。轴承的使用时长公式为：由表13-8查得，。由机械设计课程设计表15-3查得额定动载荷选择代入，因此，轴承的使用年限大于取力器的使用年限，此轴承可以满足取力器的寿命要求。第6章 取力器其它零件的设计选择6.1 挡油盘的设计为了防止取力器工作时由齿轮带出的润滑油溅入轴承对轴承造成损坏，减少轴承的使用寿命，因此需要安装挡油盘；同时安装在齿轮侧的挡油盘还能充当套筒的作用，对齿轮进行定位。6.2 双圆螺母的选择因为输入轴处的箱体不便于安装端盖，若选用轴肩定位则无法安装，所以此处齿轮的定位一侧采用套筒，而另一侧由于距离太大，套筒容易变形因此应选用其它的定位元件。此输入轴在工作时会产生较大的轴向力所以选用双圆螺母的定位方式。6.3 密封圈的选择本次设计的取力器在输出齿轮处的圆周速度值超过5m/s，因此应当选用骨架式旋转轴唇形密封圈。6.4 法兰盘的选择因为输出轴的输出一侧其直径值是有范围的，所以其能够加工的螺纹尺寸是固定的，因此可以根据该处轴的直径选择螺纹法兰盘的型号。 6.5 输入轴上的定位零件在该取力器中，输入齿轮采用双螺母和套筒进行定位；输出齿轮采用轴肩及挡油盘改装的套筒进行定位。滚针放置在齿轮和轴之间，即以轴的外表面作为滚针的内圈，齿轮的内表面作为滚针的外圈，构成滚针轴承。第7章 部分零件的加工工艺规程 7.1 制定工艺规程的要求与原则零件的结构材料尺寸各有不同，因此零件也可以根据具体情况选择不同的毛坯类型，所以在机械加工时，其工序数量不同；材料损耗程度不一样；并且其劳动量的多少也各有差别。无疑，毛坯如果能够做到在精度和大小上与成品零件越发相近，则零件只需要更少的加工工序，更少的材料损耗和更少的劳动量。在本次设计中是根据工艺手册来确定毛坯类型。对于取力器箱体而言由于其结构较为简单，工艺性比较好，在工作过程中受力不大而且是相对稳定的载荷，因此，选用铸造毛坯。在制定工艺路线时的最主要依据是加工质量的要求，在选用机床和刀具时最主要的依据是零件的材料和形状。制定工艺路线时的加工顺序的安排应尽量满足如下原则：1） 先基准，在加工出基准表面基础上再加工功能表面；2） 先加工平面，在加工后的平面上后加工内孔等表面；3） 先粗后精，先进行粗加工然后再安排次要表面的加工；4） 依据先进行主要表面的加工再处理次要表面的主次原则。图7.1 输出轴简图7.2 输出轴的工艺分析 在对该轴进行划分加工阶段时考虑到该零件所要求的加工质量并不高，因此只需要进行粗加工、半精加工即可完成该质量要求，但其在直径为35毫米安装齿轮处，轴与齿轮之间需要安装滚针，所以在该位置需要较高的加工质量，所以有必要进行精加工。该零件需要加工两端面，外圆面以及两个键槽，现分述如下：1、在通用机床上加工端面和外圆面粗糙度值达到Ra3.2。2、键与键槽的公差等级一般为7至9级因此粗糙度值达到Ra3.2即可。3、对于安装滚针的轴的一侧进行精加工使其粗糙度值达到Ra1.6。表7.1 输出轴加工工序表工序号工序名称工序说明10毛坯锻造20铣两端面30粗车35外圆长度84毫米部分，精度等级达到IT11，Ra12.540粗车50外圆长度45毫米部分，精度等级达到IT11，Ra12.550粗车35外圆长度62毫米部分，精度等级达到IT11，Ra12.560半精车35外圆长度84毫米部分，精度等级达到IT8，Ra3.270半精车50外圆长度84毫米部分，精度等级达到IT8，Ra3.280半精车35外圆长度84毫米部分，精度等级达到IT8，Ra3.290倒圆角100加工键槽110加工退刀槽120加工螺纹 与法兰盘相配合130精车35外圆长度84毫米部分，精度等级达到IT7，Ra1.67.3 输出齿轮的工艺分析表7.2 输出齿轮加工工序表工序号工序内容说明10毛坯锻造20铣端面30扩孔直径为43毫米，精度等级达到IT11，Ra12.540粗车外圆 齿轮处外圆直径为99毫米，宽度为28毫米；外花键处直径为78毫米，宽度为15毫米50车槽在齿宽和外花键之间加工槽，直径为69毫米60滚齿齿轮70滚齿外花键80铰孔精度等级达到IT8，Ra1.6第8章 利用UG NX6.0辅助设计8.1 UG NX6.0概述UG作为一种典型的三维绘图软件，具有很高的辅助机械设计和建模功能以及三维实体转换为二维图纸的功能，在完成客户对产品或简单或复杂的要求时，它所具有的最为突出的特点是性能高和便于学习操作,现在在通用机械、模具等领域发挥着不可替代的作用。UG NX6.0是现阶段应用较为广泛的几个版本之一。 当今制造业的发展要求是，不断地开发出新产品和对技术进行改革创新以适应社会发展的潮流,同时要满足在缩减成本的同时增加利润。因此在进行机械设计时，有必要进行充分考量和设计以制定出更多可供选择的设计计划，目的在于在开发的过程中根据以往的实际生产经历及时地做出关键而正确的决定，选择最优方案。在进行建模的时候我们先要在脑海里对零件特征进行一个分解，有一个整体的建模思路，比如选择拉伸还是回转，先画哪一部分等；然后要依据数据做出零件的原始性状；然后再进行细节上的加工，比如加工倒角，螺纹等。本次UG建模是以取力器零件中较为典型的输出轴为例。8.2 输出轴的建模1.新建文件。双击UG NX6.0图标打开软件；单击左上方的“新建”命令；在出现的“新建”对话框中选择第一行的“模型”命令构建模型，同时，在输入文件名命令下的“名称”一栏中输入合适的名称，在“文件夹”一栏中选择要保存的位置，最后点击右下角绿色的“确定”命令，即可进入建模环境。结果如图。（注意：在UG软件中并不能识别中文路径，所以不论是名称还是保存路径都不要带有中文。）图8.1 新建文件2.进入草图环境。进入工作页面后，点击屏幕左上角的“草图”命令，在“创建草图”对话框中通常可以选择默认选项（不做修改），点击对话框中绿色的“确定”按钮，如图所示，然后进入绘制草图的工作环境。图8.2 进入草图环境3.草图的绘制。完成第2步进入草图工作的页面后，此时“草图工具”对话框被激活，此时可在草图工具对话框中选择“圆”命令，以坐标原点为圆心绘制直径分别为28毫米、33毫米、35毫米、50毫米的圆（几个圆应为同心圆），绘制结果如下图所示。然后单击完成草图命令，重新进入建模工作环境。图8.3 绘制草图4.草图拉伸。在建模工作环境中的菜单栏中选择“拉伸”命令，注意，此时因为草图中绘有多个封闭图形，因此需要在指示框中选择“单条曲线”。（1）在出现的“拉伸”对话框中的“截面”一栏选择曲线，选择直径为35毫米的圆；在“限制”一栏中将距离设置为所需值：开始为“0”，结束为“84”；在“方向”一栏中点击“反向”按钮；最后点击对话框中右下的“应用”。结果如图所示：图8.4 拉伸草图（2）然后选择直径为50毫米的圆为截面曲线；同样的在限制距离一栏中进行设置选择开始为“0”，结束为“45”；然后完成后点击右下的“确定”。（3）为了便于选择草图曲线可以在工作区域的空白处右键单击；选择“渲染样式”命令，在“渲染样式”命令的附属菜单里选择“静态线框”命令。效果如下图：图8.4 渲染样式5.重新打开“拉伸”命令，（1）在出现的“拉伸”对话框中的“截面”一栏选择曲线，选择直径为35毫米的圆；在“限制”一栏中开始的值定为“45”，结束的值定为“107”；最后点击对话框右下方的“应用”按钮。（2）在对话框中的“截面”一栏选择曲线，选择直径为28毫米的圆；在“限制”一栏中开始值定为“107”，结束值定为“109”；最后点击对话框中的“应用”按钮。（3）在对话框中的“截面”一栏选择曲线，选择直径为33毫米的圆；在“限制”一栏中开始值定为“109”，结束值定为“133”；最后一步单击对话框右下的“确定”。然后单击命令栏中的“显示和隐藏”命令，出现“显示和隐藏”对话框，单击草图选项后面的“-”即可将草图隐藏。绘制结果如下图：图8.5 隐藏草图6.倒斜角。在工具栏中选择“特征操作”工具卡再选择工具卡中的“倒斜角”命令出现对话框，在对话框中的“边”提示栏中选择要倒斜角的边（可以选择多条）；在“偏置”一栏的横截面中设置为“对称”；在“距离”一栏中，将距离定为所需要的值；最后单击对话框右下的“确定”命令。效果如图：图8.6 倒斜角7.进入草图。按“F8”键使所绘制的图形摆正；单击屏幕中的“草图”命令，此时“类型”一栏中，仍旧为“在平面上”；在“草图平面”“选择平面的面或平面” 点击“YC-ZC”平面。如图所示：图8.7 以规定平面进入草图8. 绘制键槽。进入草图工作环境后再在空白处右键单击；选择“渲染样式”命令，在“渲染样式”命令的附属菜单里选择“静态线框”命令；在直径为50毫米部分根据键槽的位置绘制键槽的尺寸；绘制完成后点击屏幕左上角的“完成草图”命令，重新进入建模环境。绘制尺寸如下图：图8.8 绘制键槽9.绘制螺纹。绘制螺纹可以运用“特征操作”工具卡中的“螺纹”命令；在出现的对话框的“螺纹”类型一栏中点击“详细”选项；然后点击要绘制螺纹的圆柱的表面（可以根据需要改变螺纹的长度、小径、角度等）；点击“确定”即可完成。图8.9 绘制螺纹10.在建模工作环境中，选择“拉伸”命令，注意，此时草图中绘有多条曲线，需要在指示框中选择“相连曲线”。（1）在出现的“拉伸”对话框中的“截面”一栏选择曲线，选择绘制的键槽线条；在“限制”一栏中开始值定为“19.5”，结束值定为“30”；在“布尔”一栏中选择“求差”，选择体为直径是50毫米的圆柱作为要求差的体；最后单击对话框中的“应用”按钮。（2）在“拉伸”对话框中的“截面”一栏依旧选择刚才选择的曲线；在“限制”一栏中距离值不用改变；在“方向”一栏中点击“反向”按钮；在“布尔”一栏中选择“求差”，选择体还是直径为50毫米的圆柱作为要求差的体；最后单击对话框右下方的“确定”。（3）在工作区域的空白处右键单击；选择“渲染样式”命令，在“渲染样式”命令的附属菜单里选择“带边着色”命令。得到的图形如下图：图8.10 输出轴11.此时，取力器输出轴已经绘制完成，可以点击屏幕左上方的保存按钮完成任务并保存文件。8.3 其余零件的建模及装配取力器中其余零件的建模可以参照上述方法进行绘制，此处不再详述。将所有零件绘制完成后，可以“新建”“装配”将所有零件进行装配。选择第一个零件定位位置可以选为“绝对原点”，然后点击装配工具栏中“添加新部件”选择要添加的部件，定位位置选择“通过约束”点击应用后，出现装配约束对话框，在约束类型一栏中选择可根据实际需要选择合适的约束类型，其余零件可以通过上述方式进行添加、装配。最终装配结果：图8.11 装配图（a） 图8.12 装配图（b）第9章 气缸螺纹部分专用夹具的设计9.1 机床夹具的概述夹具是进行机械零件的加工过程中必不可少的一部分，具有多种功能。夹具在对零件进行机械加工时的主要作用包括以下几点：（1） 对零件进行定位以保证满足加工精度的要求；（2） 夹具的使用可以缩短工件的安装时间从而提高生产效率；（3） 适用范围更加广泛，可以加工更多形状的零件；（4） 操作更加方便，劳动强度也随之减少。由于不同的加工对象在形状和特点上各有不同，所以常常按夹具的适用对象和使用特点将夹具分为多种类型。在进行机械加工时形状不规则的零件不适宜采用通用夹具，需要根据其特点设计出可以对其进行装夹的专用夹具以满足加工要求。9.2 气缸加工螺纹部分的专用夹具设计在这次设计中气缸与箱体相连的部分需要加工螺纹，虽然这一部分外形为圆柱较为规则，但由于其中心是空的，在外力作用下容易挤压变形。因此不能直接采用三爪卡盘等通用夹具的装夹，所以本次就这一部分进行专用夹具的设计。9.2.1选择毛坯根据工作情况确定零件的材料可以选用HT200，外形形状并不复杂，因此，为了更好的制造毛坯确定其毛坯类型为铸件。结合实际情况，依据参考资料机械制造技术基础课程设计中表2.6可以确定该零件宜选用砂型铸造。9.2.2 拟定工艺路线表9.1 气缸的加工工序表工序号工序内容简要说明10粗车直径30mm处外圆“先基准后其它”20粗车要配合的两处端面“先粗后精”30半精车直径30mm处外圆“先粗后精”40半精车要配合的两处端面“先面后孔”，“先基准后其它”50车直径6mm的螺纹的孔“先基准后其它”60车直径30mm的螺纹“先主后次”70车直径6mm的孔内加工螺纹本次对工序60，即车直径30mm的螺纹这一工序进行专用夹具的设计。9.2.3 拟定定位方案选定定位元件（1） 定位方案 在该处进行加工螺纹时考虑到螺纹的精度和位置要求因此限制六个自由度，进行完全定位。（2）定位元件的选择 本次可以采用一面两孔进行定位，其中用平面确保其在Z方向上不能进行移动，X方向上不能转动