【文章內(nèi)容簡介】 齒輪傳動的強度計算，確定齒數(shù)、模數(shù)、螺旋角、分度圓直徑等主要參數(shù)和尺寸后，還要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計確定齒圈、輪輻、 輪轂等的結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小。齒輪的結(jié)構(gòu)形式主要依據(jù)齒輪的尺寸、材料、加工工藝、經(jīng)濟性等因素而定，各部分尺寸由經(jīng)驗公式求得。 一、齒輪軸和盤式齒輪 較小的鋼制圓柱齒輪，其齒根圓至鍵槽底部的距離δ≤ 2m（ m 為模數(shù)），或圓錐齒輪小端齒根圓至鍵槽底部的距離δ≤ （ m 為大端模數(shù)）時（圖 615）齒輪和軸做成一體，稱為齒輪軸（圖 616） 齒輪軸的剛度較好，但制造較復雜，齒輪損壞時軸將同時報廢。故直徑較大的齒輪應(yīng)把齒輪和軸分開制造。 當齒頂圓直徑 da≤ 200mm，且 δ 超過上述尺寸，可作成 盤式 結(jié)構(gòu)的齒輪 ，如圖 617所示。 二、腹板式和輪輻式齒輪 齒頂圓直徑 da≤ 500mm 的較大尺寸的齒輪，為減輕重量、節(jié)省材料，可做成腹板式 的結(jié)構(gòu)，如圖 618 所示。 齒頂圓直徑 da ≥ 400mm 時常用鑄鐵或鑄鋼制成輪輻式，如圖 619 所示。 圖 615 齒輪結(jié)構(gòu)尺寸 δ 圖 616 齒輪軸 14 三、組合式的齒輪結(jié)構(gòu) 為了節(jié)省貴重鋼材，便于制造、安裝，直徑很大的齒輪（ da＞ 600mm），常采用組裝齒圈式結(jié)構(gòu)的齒輪。如圖 620 所示為鑲?cè)κ烬X輪，圖 621 所示為焊接式齒輪。 圖 619 輪輻式齒輪 圖 620 鑲?cè)κ烬X輪結(jié)構(gòu) 圖 621 焊接式齒輪結(jié)構(gòu) 圖 617 盤式齒輪 圖 618 腹板式齒輪 15 第 4 章 基于 pro/e 的 齒輪參數(shù)化設(shè)計 第一節(jié)齒輪三維建模 一 基本圓繪制 1 新建零件命名為 gearparameter/選擇 front 面作為草繪平面，以坐標中心為圓心 隨意 作 4個圓 如圖 所示 圖 圖 2 選擇工具 /程序，在彈出的窗體里選擇“編輯設(shè)計”在生成的記事本中進行如下編輯：在“ INPUT”與“ END INPUT”之間輸入 ： M NUMBER 請輸入模數(shù) ZB NUMBER 請輸入齒數(shù) ALPHA NUMBER 請輸入壓 力角 HAX NUMBER 請輸入齒高系數(shù) CX NUMBER 請輸入頂隙系數(shù) X NUMBER 請輸入變位系數(shù) W NUMBER 請輸入齒輪寬度 在“ RELATIONS”與“ END RELATIONS”之間輸入： IF ZB11 Z=ZB ELSE Z=11 ENDIF D=M*Z 16 HF=(HAX+CXX)*M HA=(HAX+X)*M DF=D2*HF DB=D*COS(ALPHA) DA=D+2*HA D0=DF D1=DB D2=D D3=DA 關(guān)閉窗口，系統(tǒng)自動提示“是否保存修改”點擊是，完成編輯。同時輸入 M、ZB、 ALPHA、 HAX、 CX、 X、 W 的值分別為： 、 0、 10，則 主界面的尺寸在參數(shù)驅(qū)動下自動調(diào)整如圖 2 所示。 二 漸開線齒廓繪制 1 點擊插入基準曲線 /從方程 /完成 /選取“ PRT_CSYS_DEF”坐標系， /迪卡爾坐標，在彈出的記事本中輸入： r=DB/2 THETA=t*45 X=r*COS(THETA)+r*SIN(THETA)*THETA*PI/180 Y=r*SIN(THETA)r*COS(THETA)*THETA*PI/180 Z=0 關(guān)閉窗口，在系統(tǒng)提示下自動保存記事本，點擊確定則生成如圖 所示的漸開線。 圖 圖 2 選擇漸開線與分度遠相交的點，創(chuàng)建點基準點 PNTO/選擇 RIGHT 和 TOP 平面建立基準軸A1/選中 軸 A1 和 PNTO 創(chuàng)建平面 TDM1/選中 TDM1 和軸 A1 創(chuàng)建 旋轉(zhuǎn) 平面 TDM2，在 角度里輸入“ 360/(z*4)”，在彈出的“是否添加 360/(z*4)為系統(tǒng)關(guān)系”中點擊“是”生成 TDM2 3 以 TDM2 為鏡像平面，鏡像“曲線標志 54”的漸開線，生成標志為 74 的漸開線，如圖 所示。完成輪廓漸開線的繪制。 三 輪轂拉伸 拉伸齒根圓， 在高度里輸入“ W”，在“是否添加 W 為特征關(guān)系”對話框中選擇是。 如圖 示 四 拉伸單齒 由于漸開線齒輪當齒數(shù)大于 41 時，基圓就會小于齒根圓，拉伸的齒與前者是不一樣的為準確表達應(yīng)用程序控制，具體步驟如下： 17 1 繪制如圖 示的 截面 2 拉伸輸入高度 W 同上設(shè)為特征參數(shù) 3 點擊工具 /程序 /編輯設(shè)計在拉伸實體前后分別加入程式“ if z42”?！眅ndif”使該拉 伸只存在與Z42 情況下 ，如圖 ； 4 再生輸入 ZB=50，在新的界面下拉伸新的單齒，繪制如圖 所示截面 ，拉伸輸入高度為 W添加為特征關(guān)系如圖 示 圖 圖 圖 圖 圖 圖 五 陣列單齒 再生模型輸入 ZB=20，選擇“拉伸 1”以 A1 為軸進行陣列，在角度里輸入“ 360/Z”在系統(tǒng) 18 提示下加為特征參數(shù)如圖 ，點擊 工 具 /關(guān)系，彈出關(guān)系對話框，點擊陣列特征顯示如圖 所顯示的特征，找到陣列代碼 P19，在關(guān)系中輸入 P19=Z，再生模型生成圖 模型 。 再生模型輸入 ZB=50，選擇“拉伸 3”以 A1 為軸進行陣列，在角度里輸入“ 360/Z”在系統(tǒng)提示下加為特征參數(shù)，點擊工具 /關(guān)系，彈出關(guān)系對話框，點擊陣列 2 特征顯示，找到陣列代碼 P29，在關(guān)系中輸入 P29=Z，再生模型生成圖 模型。 再生模型輸入 圖 圖 圖 至此齒輪參數(shù)化模型 建立完畢。再生模型，在菜單管理器里選擇“輸入”彈出的菜單管理器里，選取“選取全部”就可以改變該齒輪的參數(shù)了。 保存模型，以用備用。 19 第 5 章 基于齒輪參數(shù)化的 石英 鐘建模 第一節(jié) 時 鐘設(shè)計方案 針對齒輪五種失效形式，應(yīng)分別確立相應(yīng)的設(shè)計準則。但是對于齒面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實際使用而且行之有效的計算方法及設(shè)計數(shù)據(jù)，所以目前設(shè)計齒輪傳動時，通常只按保證齒根彎曲疲勞強度及保證齒面接觸疲勞強度兩準則進行計算。對于高速大功率的齒輪傳動（如航空發(fā)動機主傳動、汽輪發(fā)電機組傳動等），還要按保證齒面抗 膠合能力的準則進行計算（參閱 GB6413－ 1986）。至于抵抗其它失效能力，目前雖然一般不進行計算，但應(yīng)采取的措施，以增強輪齒抵抗這些失效的能力。 閉式齒輪傳動 由實踐得知，在閉式齒輪傳動中，通常以保證齒面接觸疲勞強度為主。但對于齒面硬度很高、齒芯強度又低的齒輪（如用 20Cr 鋼經(jīng)滲碳后淬火的齒輪）或材質(zhì)較脆的齒輪，通常則以保證齒根彎曲疲勞強度為主。如果兩齒輪均為硬齒面且齒面硬度一樣高時，則視具體情況而定。 功率較大的傳動，例如輸入功率超過 75kW 的閉式齒輪傳動，發(fā)熱量大，易于導致潤滑不良及 輪齒膠合損傷等，為了控制溫升，還應(yīng)作散熱能力計算。 開式齒輪傳動 開式（半開式）齒輪傳動，按理應(yīng)根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準則進行計算，但如前所述，對齒面抗磨損能力的計算方法迄今尚不夠完善，故對開式（半開式）齒輪傳動，目前僅以保證齒根彎曲疲勞強度作為設(shè)計準則。為了延長開式（半開式）齒輪傳動的壽命，可視具體需要而將所求得的模數(shù)適當增大。 前已述之，對于齒輪的輪圈、輪輻、輪轂等部位的尺寸，通常僅作結(jié)構(gòu)設(shè)計，不進行強度計算 。 時鐘是傳動系統(tǒng)是低速開式傳動系統(tǒng)，適當增大模數(shù)，選 M=1。 第 二 節(jié) 時鐘齒輪設(shè)計 無論是機械鐘還是石英鐘都是純齒輪機構(gòu)運動的典型，由于機械時鐘的發(fā)條機構(gòu)是比較復雜的，不容易進行設(shè)計與裝配，因此進行石英鐘表的建模與設(shè)計。 由于只是動態(tài)展示時鐘的運動狀態(tài)，也由于時間有限，故對齒輪系的傳動比，齒輪的壽命都沒有嚴格計算，只是滿足總的傳動比即：秒針與分針的 60： 1；分針與時針的 60： 1， 在分配的時候， 參照機械設(shè)計手冊，傳動比選擇范圍為 4~12 之間，故 ： 方案一： 把 60： 1 分為 10： 1 乘 6： 1，滿足傳動要求。 按照以上傳動比，需要的齒輪齒數(shù)為 1 200、為方便改變轉(zhuǎn)向 與美觀起見增加了齒數(shù)為 60、 80 的齒輪備用。 方案二：把 60： 1 分為 3： 1 乘 4： 1 乘 5： 1，滿足傳動要求 。 按照以上傳動比，需要的齒輪齒數(shù)為 60、 80、 100、為方便改變轉(zhuǎn)向與美觀起見增加了齒數(shù)為 1 200 的齒輪備用。 從上可以看出方案二的傳動比比較均衡，有小到大，適合由高速向低速過度的要求，因此選用方案二為優(yōu)先方案。 調(diào)出 第 4 章設(shè)計的參數(shù)化齒輪，輸入?yún)?shù) ZB=14,W=1 即變齒數(shù)為 14（參數(shù)化能生成的最少齒）寬度為 1，并保存實體。 選擇一截面為基準，選擇拉伸實體進入草繪界面，選擇消隱線 框，繪制如圖 截面。完成草繪 /反向 /去材 /拉伸實體 /選擇穿透，完成建模。如圖 . 再生模型。分別再生齒數(shù)為 60、 80、 100、 1 200 的齒輪，分別以不同的顏色表示出來并分別命名存檔。完成齒輪的創(chuàng)建。 20 圖 圖 圖 圖 圖 圖 圖 21 第三節(jié) 骨架 及連接零件 設(shè)計 骨架主要起固定齒輪與指針的作用，強度方面基本上都能夠滿足要求的，只要滿足制造與裝配要求就可以了。針對時鐘來說，主要就是表盤的設(shè)計，如何能夠用最簡單的結(jié)構(gòu)起到最大的作用，達到最美觀的效果，是這次設(shè)計的關(guān)鍵所在。由于用 P 建?？梢愿鶕?jù)需要改變各個結(jié)構(gòu)的位置與尺寸，因此前期的設(shè)計甚是簡單，可以在裝配過程中進行設(shè)計。 具體方案采用較厚的表盤，然后有軸，軸套緊配連接，把齒輪、指針等連接在表盤上，使其可以達到預期效果。 確定孔的特征。在設(shè)計孔是時候有兩種設(shè)計方案： 方案一：在表盤上直接打孔，不加凸臺。此種方案簡單易 行，適用與低速，無重載傳動，不能承擔震動與較大的側(cè)壓力。如圖 方案二：在表盤上直接打孔，并加凸臺。此種方加工難度大，適用與高速速，重載傳動，能承擔震動與較大的側(cè)壓力。如圖 由于時鐘為低速無重載傳動，故考慮采用方案一，這樣有利于減低成本。 根據(jù)以上設(shè)計， 表盤采用直徑 400mm,厚度為 的優(yōu)質(zhì)合金，既可以達到緊配的效果，有可以使表盤顯得美觀大方，切質(zhì)地輕便。連接部位統(tǒng)一鉆孔直徑為 6。開始可以隨便鉆幾個孔，在裝配的時候可以根據(jù)需要進行修改。 連接零件有螺栓、螺母、軸、軸套、銷釘?shù)?。除了幾個比較 特別的零件外，都為標準件，在需要的時候根據(jù)需要查機械設(shè)計手冊選用就可以了，連接方法上以緊配為主，螺栓連接適當考慮預緊問題，由于沒有太大的震動與受力，連接零件要求都不太高，只要滿足精度要求，保證傳動平穩(wěn)進行就可以。 時鐘的主要 設(shè)計零件 有 ： 表盤、外殼、連接螺栓、轉(zhuǎn)軸、軸套、指針等等。 3D 圖片如下： 圖 圖 22 圖 圖 圖 圖 圖 圖 圖 23 第四節(jié) 時鐘 組裝 設(shè)計 以動畫仿真為目標的裝配與一般的裝配是不一樣的，在動態(tài)仿真中的裝配是建 立一種連接關(guān)系的過程，在連接中選擇的連接方式有：插銷、圓柱、平面等。以齒輪齒輪傳動為主的時針傳動主要的連接為齒輪的插銷連接。 插銷連接的對話框如圖： 以下是連接的裝配示意圖。 1． 2060 變速齒輪組 示意圖 2． 2080 變速齒輪組示意圖 24 3．其它變速齒輪組示意圖 鐘表正面 ： 美觀大方 鐘表反面：布局合理 25 26 側(cè)視圖：傳動均勻 裝配剖面圖 完整鐘表的正面 27 第 6 章 基于 pro/e 的齒輪參數(shù)化設(shè)計下的機械時鐘仿真設(shè)計 第一節(jié) 運動副 及電機 的 創(chuàng) 建 傳動關(guān)系有很都類別，常用的有齒輪副、槽輪副、平面副、球面副等等。在時鐘設(shè)計中主要的運用的是齒輪副。