ZA蜗杆砂轮修整控制程序开发.doc

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ZA 蜗杆砂轮修整控制程序开发

e
（ee）
指导教师：ee

[摘要] 针对ZA型蜗杆磨削加工的精度要求，了解了蜗杆磨削加工的工艺过程，推导了蜗杆截面的数学方程；根据空间啮合原理，建立了磨削时蜗杆和砂轮的空间坐标系，进一步推导出了磨削阿基米德蜗杆时砂轮的数学模型和砂轮截面的方程；利用MATLAB软件对推导出的砂轮截面方程进行分析计算，得到了较直观的砂轮截面图形，并使用面向对象语言VB开发了刃磨ZA蜗杆时的CNC砂轮修整器控制程序。该软件能自动生成砂轮修整时的CNC程序，从而提高蜗杆的加工精度，操作简单，界面友好。
[关键词] ZA蜗杆；砂轮截形；CNC代码VB编程

Wheel dresser ZA worm control program development

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（ee）
Tutor: ee

Abstract：Considering the requirements of grinding machining of ZA type worm, understanding the process of worm grinding worm section, mathematical equations derived; According to the theory of space engagement, established the spatial coordinates of worm and wheel grinding, deduced the equation mathematical model and grinding wheel grinding wheel grinding section of Archimedes worm; the grinding wheel cross-sectional equation was deduced from the analysis using MATLAB software, the grinding wheel cross-sectional graphics more intuitive, and the use of CNC grinding wheel dressing device control program, the object oriented programming language VB grinding ZA worm. The software can automatically generate the grinding wheel dressing CNC program, so as to improve the machining precision, the worm has the advantages of simple operation, friendly interface.
Key words：ZA-worm；Wheel truncate；CNC codes；VB Program

目 录
引言 1
1 绪论 2
1.1蜗杆传动的发展概况 2
1.1.1 ZA型蜗杆成形磨削技术研究现状 2
1.1.2 CNC砂轮修整器的研究现状 3
1.2 本文主要内容 3
2 蜗杆介绍 4
2.1蜗杆的分类 4
2.1.1 阿基米德蜗杆 4
2.12 法向直廓蜗杆 4
2.1.3 渐开线蜗杆 4
2.1.4 锥面包络圆柱蜗杆 5
2.2 ZA蜗杆的精加工 5
3 ZA蜗杆的数学建模 6
3.1 蜗杆数学方程的建立 6
3.1.1 一般圆柱螺旋面的形成及其表达式 6
3.1.2 一般螺旋面的法线表达式 6
3.2 ZA蜗杆啮合方程式的建立 7
3.2.1 齿面啮合的计算 7
3.3与阿基米德螺旋面啮合的砂轮轴向截形 8
4 砂轮修整器的介绍 10
4.1 砂轮修整器的基本结构与工作原理 10
4.1.1 砂轮修整器的基本结构 10
4.1.2 砂轮修整器工作的一般步骤 10
4.2 砂轮修整方法的选用 11
4.3 修整方法与注意事项 11
4.4 砂轮修整器的特点 11
5砂轮截型的MATLAB仿真 12
5.1 砂轮轴向截型的理论计算 12
5.2 砂轮轴线与蜗杆轴线的坐标变换 13
5.3 砂轮的轴向截型在MATLAB中的仿真 14
6 砂轮修整器的自动化程序生成系统软件设计 15
6.1 软件系统的开发环境 15
6.2 主要模块和控件的添加 15
6.2.1 主页进入模块的设计 15
Ⅰ
6.2.2 数据处理模块 16
6.2.3 砂轮廓形坐标值的显示模块 16
6.2.4 数控程序生成模块 17
6.2.5 加工仿真模块 17
6.3 加工仿真程序的编辑 18
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录A 23
附录B 24
附录C 25
附录D 33

Ⅱ
引言
ZA型蜗杆(阿基米德蜗杆)这种蜗杆，在垂直于蜗杆轴线的平面(即端面)上，齿廓为阿基米德螺旋线，在包含轴线的平面上的齿廓(即轴向齿廓)为直线，其齿形角=20°。它可在车床上用直线刀刃的单刀(当导程角γ≤3°时)或双刀(当γ>3°时)车削加工。安装刀具时，切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线。这种蜗杆磨削困难，当导程角较大时加工不便。但ZA型蜗杆是目前应用非常广泛的一种等升距圆柱蜗杆，一般用于头数载荷较少转速较低的传动场合，此种蜗杆通常采用车床和铣床进行螺旋面的加工，有制造精度低效率低承载能力低寿命短等缺点，为了适应高精度分度蜗杆所要求的精度高寿命长的市场需求，提高蜗杆的齿面硬度和加工精度是一种有效的改进措施。因此，蜗杆的成形磨削就成为高精度蜗杆加工的最终加工方法。
ZA型蜗杆的精密磨削采用CNC砂轮修整器得以实现，砂轮由专用的伺服电机驱动，金刚盘由三相交流电动机带动高速旋转，经过丝杠传递可以实现径向和轴向两个垂直方向的直线进给运动，完成砂轮的修型。CNC砂轮修整技术的引入使高效精密的ZA蜗杆磨削成为可能。砂轮修整器是螺纹磨床的关键部件之一，其结构直接影响螺纹磨床整体结构和加工能力，CNC砂轮修整器的开发与研制，拓宽了螺纹磨床的应用范围，提升了国产数控螺纹磨床的水平，满足了机加工领域广大用户的不同使用要求。同时，CNC砂轮修整器也改变了传统螺纹磨床砂轮修整的方法，极大提高了螺纹磨床的加工精度和加工效率，特别是对于复杂螺旋面的磨削成为可能。本文我们主要介绍一种能用于螺纹磨床CNC砂轮修整器控制软件，能自动生成对应蜗杆的数控加工代码，在具有CNC砂轮修整器的螺纹磨床上实现ZA蜗杆成形磨削的方法，使整个加工过程更数字化，降低企业的生产成本。该方案对未来企业发展也具有更深远的意义。
1 绪论
1.1蜗杆传动的发展概况
蜗杆传动具有悠久的历史，可以追溯到两千年以前。大致在人类构思一般的齿轮的同一个时期就已构思蜗轮，很多人研究了各种形式的蜗轮蜗杆传动。从本世纪20年代起，蜗杆传动技术及其啮合理论得到了迅速发展。国内外广泛研究了蜗杆传动的共轭啮合原理，提示了很多新的矛盾，从而对已有的蜗轮蜗杆副进行了改造，提高了承载能力，使用寿命和传动效率，同时发明了很多新型的蜗杆传动，如二次包络圆柱蜗杆副，偏置蜗杆副，圆弧圆柱蜗杆及其各种变态形式，为蜗杆传动技术的发展开辟了道路。50年代初西德Flender公司把尼曼教授“凹面齿圆柱蜗杆副”的研究成果以“CAVEX”商标投放市场，60年代日本三菱公司购进西德“CAVEX”型蜗轮专利，从此两国对“CAVEX”型蜗轮蜗杆不断改进，水平不断提高，在国际市场上有较强的竞争力。 其加工工艺比较简单，大家比较熟悉，设计知识也容易掌握，所以在工农业生产中得到了广泛的应用。根据不完全的统计，目前普通圆柱蜗杆传动装置，大约占整个蜗杆传动装置的80％左右，每年生产的数量相当大，使用场合非常广，但由于普通蜗杆传动存在着一定的缺点，影响使用效果。如何提高普通 圆柱蜗杆传动的承载能力、传动效率、使用寿命，具有非常重要的实际意义。为了进一步挖掘普通圆柱蜗杆传动的潜力，除了在工艺、热处理、材料等方面进行改进外，对普通圆柱蜗杆传动的啮合原理，还应该进行深入的研究。
在我国，从60年代初，开始对圆弧圆柱蜗杆传动进行研究，不仅在啮合理论上有了很大的进步，许多研究内容进入了交叉学科研究阶段，研究深度也有了更大的发展， 同时在理论研究和生产实际相结合方面也取得了可喜的成绩。首先是太原工学院、哈尔滨工业大学对该型蜗杆传动作了初步研究和实验。60年代末，一机部委托天津市蜗轮减速机厂和西安重型机械研究所主办，并请天津市机械研究所、太原工学院和全国有关工厂进行联合设计，完成了这种减速器的系列化工作，1 969年颁发了一机部标准(草案)，在1979年颁发了一机部正式标准JB2318—79。包络环面蜗杆传动近年来在我国发展十分迅速，其中尤其以平面一次包络和平面二次包络环面蜗杆传动最为突出。60年代初，首钢在当时一机部机械科学院的协助下，在国内首次研制了“直平面一次包络环面蜗杆传动装置”，并成功地应用于冶金、机床行业．以后首钢又在此基础上研制了“斜平面一次包络环面蜗杆传动”，1971年我国冶金等部门又成功创制了平面二次包络环面蜗杆传动。该传动具有承载能力大、传动效率高和蜗杆可以磨削等优点，现已大量应用于冶金设备，并在造船、采矿、机械、建筑、天文等各个行业中使用。80年代，首钢又成功研制了“锥面二次包络九头环面蜗杆副”。
现在随着材料技术、润滑技术、计算机技术的发展，大大促进了蜗杆传动技术的进步，诸多新型蜗杆传动相继问世，并在现代工业中广泛应用。目前，蜗杆转速可达 3000r／min，蜗轮转矩可达2000kN．m，圆周力可达800kN，直径可达2000mm以上，中心距可达1200mm，蜗杆头数可达13，能满足多种设备和不同工况条件的需要。
1.1.1 ZA型蜗杆成形磨削技术研究现状
ZA型蜗杆的成形磨削常用工艺方法是采用手工靠模或特定的砂轮修整器将砂轮修成理想的截型，再用修整好的砂轮去磨削工件以完成蜗杆的磨削加工与车削和铣削相比，成形磨削法具有以下优点: 具有极高的加工精度和良好的稳定性; 具有深磨削功能，可以实现高效生产和进行表面热处理，但是在磨削工艺中，理想的砂轮截面修型一直以来是制约蜗杆成形磨削精度和效率制约的瓶颈。因此就有学者引入了CNC砂轮修整技术，此技术的引用使高效、精密的ZA蜗杆磨削成为可能。针对ZA蜗杆在具有CNC砂轮修整器的螺纹磨床上实现高精度高效磨削加工过程，建立了ZA蜗杆磨削的数学模型，推导了砂轮截型的数学计算方法，通过实例计算验证了该方法的可行性该方法在螺纹磨床上实现了蜗杆成形磨削加工，在稳定蜗杆的加工质量，提高加工效率方面具有突出的优点。
1.1.2 CNC砂轮修整器的研究现状
各CNC新产品均有各种不同类型及用途的修整器供用户选择,如金刚石滚轮修整器、钢滚轮修整器,单金刚石笔修整器以及CNC 砂轮修整器。根据发展趋看,CNC螺纹磨床普遍采用的是两坐标金刚石滚轮修整器,如 Matrix公司、Reishaner公司、Buderus-Lindner公司以及Klinglnberg公司的最新CNC产品都是这样。Khnglnberg公司70年代末开发的HSS350CNC蜗杆磨床采用的是三坐标单金刚石笔修整器,但新开发的HNC35系列蜗磨床也改用了两坐标CNC金刚石滚轮修整器,这样,一般采用一个六坐标控制系统的CNC机床则能将修整器运动一道并入机床自动循环中。Reishauer公司、Buderus - Lindner。公司加工与修整数据共用一个CRT，通过按键作用分别变换显示内容。Matrix公司独特处在于主机与修整器各采用独立的数控系统,主机用3G系统,修整器用Fanuc系统,加工与修整各用一个CRT 显示,但各种数据可借助接口实现两个系统之间的传送。Klingelnberg 公司 HNC35系列蜗杆磨床也类似 Matrix公司产品,其CNC两座标金刚石滚轮修整器有与主机数控系统独立的CNC系统,包括有自己的计算机、电机控制单元、外围设备接口、CRT以及键盘。
1.2 本文主要内容
下面我将说明本次毕业设计的说明书的主要内容：
（1）、收集综合整理资料、系统地学习和研究，对蜗杆的砂轮修整器的软件开发进行了简要的介绍。
（2）、介绍目前已经有的一些蜗杆的情况，把他们的分类，各自的特点以及各自的传动方式做了简要的介绍。
（3）、对本次课题所要求的ZA蜗杆进行数学建模并进行计算分析。
（4）、对现有的CNC砂轮修整器进行介绍。
（5）、对与本课题相符合的砂轮进行建模分析与计算，推导出砂轮的理论廓形，并在MATLAB中对齐进行仿真。
（6）、对砂轮修整器进行自动化编程。
2.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
0318124tan=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”方式，并选取基准平面FRONT作为平移参照，设置平移距离为“B”，将曲线平移到齿坯的另一侧。

图5-25输入旋转角度
3>继续在“移动特征”菜单中选取“旋转”方式，并选取轴A_1作为旋转复制参照，设置旋转角度为“asin(2*b*tan(beta/d))”，再将前一步平移复制的齿廓曲线旋转相应角度。最后生成如图5-26所示的另一端齿廓曲线。

图5-26创建另一端齿廓曲线
（9）创建投影曲线
1>在工具栏内单击按钮，系统弹出“草绘”对话框。选取“RIGUT”面作为草绘平面，选取“TOP”面作为参照平面，参照方向为“右”，单击“草绘”按钮进入草绘环境。
2>绘制如图5-27所示的二维草图，在工具栏内单击按钮完成草绘的绘制。

图5-27绘制二维草图
3>主菜单中依次选择“编辑” “投影”选项，选取拉伸的齿根圆曲面为投影表面，投影结果如下图5-28所示。

图5-28投影结果
（10）创建第一个轮齿特征
1>在主菜单上依次单击“插入” “扫描混合”命令，系统弹出“扫描混合”操控面板，如图5-29所示。
2>在“扫描混合”操控面板内单击“参照”按钮，系统弹出“参照”上滑面板，如图6-30所示。

图5-29 “扫描混合”操作面板 图5-30“参照”上滑面板
3>在“参照”上滑面板的“剖面控制”下拉列表框内选择“垂直于轨迹”选项，在“水平/垂直控制”下拉列表框内选择“垂直于曲面”选项，如图5-30示。
4>在绘图区单击选取分度圆上的投影线作为扫描混合的扫引线，如图5-31示。

扫描引线

图5-31选取扫描引线
5>在“扫描混合”操作面板中单击“剖面”按钮，系统弹出“剖面”上滑面板，在上方下拉列表框中选择“所选截面”选项，如图5-32所示。

图5-32“剖面”上滑面板 图5-33 选取截面
6>在绘图区单击选取“扫描混合”截面，如图5-33所示。
7>在“扫描混合”操控面板内单击按钮完成第一个齿的创建，完成后的特征如图5-34所示。

图5-