【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)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(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)性等因素而定，各部分尺寸由經(jīng)驗(yàn)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(shí)（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(fù)雜，齒輪損壞時(shí)軸將同時(shí)報(bào)廢。故直徑較大的齒輪應(yīng)把齒輪和軸分開制造。 當(dāng)齒頂圓直徑 da≤ 200mm，且 δ 超過(guò)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(shí)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(jì) 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(biāo)中心為圓心 隨意 作 4個(gè)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(jì)”在生成的記事本中進(jìn)行如下編輯：在“ INPUT”與“ END INPUT”之間輸入 ： M NUMBER 請(qǐng)輸入模數(shù) ZB NUMBER 請(qǐng)輸入齒數(shù) ALPHA NUMBER 請(qǐng)輸入壓 力角 HAX NUMBER 請(qǐng)輸入齒高系數(shù) CX NUMBER 請(qǐng)輸入頂隙系數(shù) X NUMBER 請(qǐng)輸入變位系數(shù) W NUMBER 請(qǐng)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(dòng)提示“是否保存修改”點(diǎn)擊是，完成編輯。同時(shí)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(dòng)下自動(dòng)調(diào)整如圖 2 所示。 二 漸開線齒廓繪制 1 點(diǎn)擊插入基準(zhǔn)曲線 /從方程 /完成 /選取“ PRT_CSYS_DEF”坐標(biāo)系， /迪卡爾坐標(biāo)，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(dòng)保存記事本，點(diǎn)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(yuǎn)相交的點(diǎn)，創(chuàng)建點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn) PNTO/選擇 RIGHT 和 TOP 平面建立基準(zhǔn)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(diǎn)擊“是”生成 TDM2 3 以 TDM2 為鏡像平面，鏡像“曲線標(biāo)志 54”的漸開線，生成標(biāo)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(duì)話框中選擇是。 如圖 示 四 拉伸單齒 由于漸開線齒輪當(dāng)齒數(shù)大于 41 時(shí)，基圓就會(huì)小于齒根圓，拉伸的齒與前者是不一樣的為準(zhǔn)確表達(dá)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(diǎn)擊工具 /程序 /編輯設(shè)計(jì)在拉伸實(shí)體前后分別加入程式“ if z42”。”endif”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(jìn)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(diǎn)擊 工 具 /關(guān)系，彈出關(guān)系對(duì)話框，點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)擊工具 /關(guān)系，彈出關(guān)系對(duì)話框，點(diǎn)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?cè)擙X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(shí) 鐘設(shè)計(jì)方案 針對(duì)齒輪五種失效形式，應(yīng)分別確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。但是對(duì)于齒面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實(shí)際使用而且行之有效的計(jì)算方法及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，所以目前設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，通常只按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于高速大功率的齒輪傳動(dòng)（如航空發(fā)動(dòng)機(jī)主傳動(dòng)、汽輪發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)等），還要按保證齒面抗 膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算（參閱 GB6413－ 1986）。至于抵抗其它失效能力，目前雖然一般不進(jìn)行計(jì)算，但應(yīng)采取的措施，以增強(qiáng)輪齒抵抗這些失效的能力。 閉式齒輪傳動(dòng) 由實(shí)踐得知，在閉式齒輪傳動(dòng)中，通常以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主。但對(duì)于齒面硬度很高、齒芯強(qiáng)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(qiáng)度為主。如果兩齒輪均為硬齒面且齒面硬度一樣高時(shí)，則視具體情況而定。 功率較大的傳動(dòng)，例如輸入功率超過(guò) 75kW 的閉式齒輪傳動(dòng)，發(fā)熱量大，易于導(dǎo)致潤(rùn)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(jì)算。 開式齒輪傳動(dòng) 開式（半開式）齒輪傳動(dòng)，按理應(yīng)根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算，但如前所述，對(duì)齒面抗磨損能力的計(jì)算方法迄今尚不夠完善，故對(duì)開式（半開式）齒輪傳動(dòng)，目前僅以保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。為了延長(zhǎng)開式（半開式）齒輪傳動(dòng)的壽命，可視具體需要而將所求得的模數(shù)適當(dāng)增大。 前已述之，對(duì)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(jì)，不進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算 。 時(shí)鐘是傳動(dòng)系統(tǒng)是低速開式傳動(dòng)系統(tǒng)，適當(dāng)增大模數(shù)，選 M=1。 第 二 節(jié) 時(shí)鐘齒輪設(shè)計(jì) 無(wú)論是機(jī)械鐘還是石英鐘都是純齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的典型，由于機(jī)械時(shí)鐘的發(fā)條機(jī)構(gòu)是比較復(fù)雜的，不容易進(jìn)行設(shè)計(jì)與裝配，因此進(jìn)行石英鐘表的建模與設(shè)計(jì)。 由于只是動(dòng)態(tài)展示時(shí)鐘的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也由于時(shí)間有限，故對(duì)齒輪系的傳動(dòng)比，齒輪的壽命都沒(méi)有嚴(yán)格計(jì)算，只是滿足總的傳動(dòng)比即：秒針與分針的 60： 1；分針與時(shí)針的 60： 1， 在分配的時(shí)候， 參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，傳動(dòng)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(dòng)要求。 按照以上傳動(dòng)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(jiàn)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(dòng)要求 。 按照以上傳動(dòng)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(jiàn)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(dòng)比比較均衡，有小到大，適合由高速向低速過(guò)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(jì)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(shí)體。 選擇一截面為基準(zhǔn)，選擇拉伸實(shí)體進(jìn)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(shí)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(lái)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(jì) 骨架主要起固定齒輪與指針的作用，強(qiáng)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(duì)時(shí)鐘來(lái)說(shuō)，主要就是表盤的設(shè)計(jì)，如何能夠用最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)起到最大的作用，達(dá)到最美觀的效果，是這次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。由于用 P 建?？梢愿鶕?jù)需要改變各個(gè)結(jié)構(gòu)的位置與尺寸，因此前期的設(shè)計(jì)甚是簡(jiǎn)單，可以在裝配過(guò)程中進(jìn)行設(shè)計(jì)。 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(dá)到預(yù)期效果。 確定孔的特征。在設(shè)計(jì)孔是時(shí)候有兩種設(shè)計(jì)方案： 方案一：在表盤上直接打孔，不加凸臺(tái)。此種方案簡(jiǎn)單易 行，適用與低速，無(wú)重載傳動(dòng)，不能承擔(dān)震動(dòng)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(tái)。此種方加工難度大，適用與高速速，重載傳動(dòng)，能承擔(dān)震動(dòng)與較大的側(cè)壓力。如圖 由于時(shí)鐘為低速無(wú)重載傳動(dòng)，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(jì)， 表盤采用直徑 400mm,厚度為 的優(yōu)質(zhì)合金，既可以達(dá)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(gè)孔，在裝配的時(shí)候可以根據(jù)需要進(jìn)行修改。 連接零件有螺栓、螺母、軸、軸套、銷釘?shù)?。除了幾個(gè)比較 特別的零件外，都為標(biāo)準(zhǔn)件，在需要的時(shí)候根據(jù)需要查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用就可以了，連接方法上以緊配為主，螺栓連接適當(dāng)考慮預(yù)緊問(wèn)題，由于沒(méi)有太大的震動(dòng)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(dòng)平穩(wěn)進(jìn)行就可以。 時(shí)鐘的主要 設(shè)計(jì)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(shí)鐘 組裝 設(shè)計(jì) 以動(dòng)畫仿真為目標(biāo)的裝配與一般的裝配是不一樣的，在動(dòng)態(tài)仿真中的裝配是建 立一種連接關(guān)系的過(guò)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(dòng)為主的時(shí)針傳動(dòng)主要的連接為齒輪的插銷連接。 插銷連接的對(duì)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(dòng)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(jì)下的機(jī)械時(shí)鐘仿真設(shè)計(jì) 第一節(jié) 運(yùn)動(dòng)副 及電機(jī) 的 創(chuàng) 建 傳動(dòng)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(shí)鐘設(shè)計(jì)中主要的運(yùn)用的是齒輪副。