【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 00100 中間軸9的設(shè)計(jì)計(jì)算中間軸9設(shè)計(jì)計(jì)算的過(guò)程與軸8的設(shè)計(jì)過(guò)程類(lèi)似，在此就不在詳細(xì)贅述，但每一軸段的確定除了要考慮與其配合的齒輪，軸承的尺寸外，還要考慮軸8的尺寸，因?yàn)檩S9上的面齒輪3與軸8上的面齒輪2是同時(shí)和齒輪1嚙合的，而且齒輪4和齒輪5同時(shí)和大齒輪6嚙合，因此設(shè)計(jì)軸9時(shí)，要充分考慮嚙合位置的關(guān)系，保證傳動(dòng)系統(tǒng)的工作合理性。表29 軸9各軸段的長(zhǎng)度和直徑如下表軸段(mm)ⅠⅡⅡⅢⅢⅣⅣⅤⅤⅥⅥⅦ軸徑d809011090齒輪90長(zhǎng)度l392020100100 輸出軸10的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）根據(jù)之前計(jì)算的結(jié)果已經(jīng)知道，輸出軸10的轉(zhuǎn)速n=258r/min，輸入功率P=，輸入轉(zhuǎn)矩T=M（2）初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)公式 （2—2）計(jì)算軸的直徑式中：A0的值根據(jù)參考文獻(xiàn)[16]表15—3，差得A0=97由此，可得軸的最小軸徑d≥A03Pn = 97 mm =（3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度輸入軸也是豎直放置的，因此其設(shè)計(jì)理念跟中間軸8也是類(lèi)似的，詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程就不在贅述，表210 軸10各軸段的長(zhǎng)度和直徑 軸段（mm）ⅠⅡⅡⅢⅢⅣⅣⅤⅤⅥ軸徑170190230190170長(zhǎng)度892003025050 本章小結(jié)本章根據(jù)題目要求，在充分考慮結(jié)構(gòu)安裝的前提下，初步設(shè)計(jì)了關(guān)重件。因?yàn)辇X輪的齒數(shù)、模數(shù)、壓力角等都已經(jīng)給出，所以我的設(shè)計(jì)不需要進(jìn)行總傳動(dòng)比計(jì)算，傳動(dòng)比分配以及齒輪基本參數(shù)的設(shè)計(jì)，我一開(kāi)始的關(guān)鍵任務(wù)就是把傳動(dòng)系統(tǒng)中的所有軸詳細(xì)設(shè)計(jì)出來(lái)。只有知道軸的具體尺寸，以及齒輪嚙合的中心距，才能為我下一步設(shè)計(jì)箱體做好準(zhǔn)備。同時(shí)我也初步確定了齒輪，軸的材料，以及齒輪的精度。當(dāng)然本章的內(nèi)容也有欠缺的地方，沒(méi)有將軸優(yōu)化。比如軸7，因?yàn)樵O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，將軸7與軸軸9是設(shè)計(jì)成對(duì)心形式的，這就使得軸7的一個(gè)軸段太長(zhǎng)了，達(dá)到了370mm，這對(duì)軸的強(qiáng)度會(huì)有一定影響；此外，軸軸軸10的直徑比較大，尤其是輸出軸10，他的最小軸徑達(dá)到了170mm，因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系也沒(méi)有做優(yōu)化，沒(méi)有將其做成空心軸。 3 第三章 實(shí)驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)與三維建模第二章中，已經(jīng)計(jì)算了各個(gè)齒輪的參數(shù)，并且根據(jù)參考資料[16]，將齒輪的寬度設(shè)計(jì)出來(lái)了，再次基礎(chǔ)，又把輸入軸、中間軸和輸出軸詳細(xì)設(shè)計(jì)出來(lái)，這一章，就要根據(jù)這些內(nèi)容，來(lái)合理地設(shè)計(jì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)箱，這也是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，同時(shí)將設(shè)計(jì)出的關(guān)重件、箱體以及其他所有零件的三維模型利用ProE建出來(lái)，并完成裝配，看有沒(méi)有干涉。 ProE的軟件概述 ProE的簡(jiǎn)介ProE是美國(guó)PTC公司旗下的產(chǎn)品Pro/Engineer軟件的簡(jiǎn)稱(chēng)。ProE是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱(chēng)PTC）的重要產(chǎn)品。是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。在中國(guó)也有很多用戶(hù)直接稱(chēng)之為“破衣”。1985年，PTC公司成立于美國(guó)波士頓，開(kāi)始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年。經(jīng)過(guò)10余年的發(fā)展，ProE已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了ProE （中文名野火5)。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。ProE還提供了全面、集成緊密的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境。是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能的綜合性MCAD軟件[20]。 ProE功能和特點(diǎn)介紹 經(jīng)過(guò)20多年不斷的創(chuàng)新和完善，ProE現(xiàn)在已經(jīng)是三維建模軟件領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊之一，它具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： （1） 參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能：ProE是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫(huà)草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。 （2）單一數(shù)據(jù)庫(kù)： ProE是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶(hù)在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門(mén)的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何 一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜。 （3） 全相關(guān)性：ProE的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開(kāi)發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒(méi)有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開(kāi)發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 （4）基于特征的參數(shù)化造型：ProE使用用戶(hù)熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對(duì)象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對(duì)工程人員來(lái)說(shuō)是很熟悉的，因而易于使用。 （5） 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開(kāi)發(fā)研制，正是專(zhuān)門(mén)用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了ProE獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 （6） 裝配管理：ProE的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來(lái)，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 齒輪以及軸的三維建模 圓柱直齒輪的參數(shù)化建模（1）漸開(kāi)線的幾何分析[2122]漸開(kāi)線是由一條線段繞齒輪基圓旋轉(zhuǎn)形成的曲線。漸開(kāi)線的幾何分析如圖31所示。線段s繞圓弧旋轉(zhuǎn)，其一端點(diǎn)A劃過(guò)的一條軌跡即為漸開(kāi)線。圖中點(diǎn)（x1,y1）的坐標(biāo)為：x1=r*cos(ang),y1=r*sin(ang) 。(其中r為圓半徑，ang為圖示角度)對(duì)于ProE關(guān)系式，系統(tǒng)存在一個(gè)變量t，t的變化范圍是0～1。從而可以通過(guò)（x1,y1）建立（x,y）的坐標(biāo)，即為漸開(kāi)線的方程。 ang=t*90 s=(PI*r*t)/2 x1=r*cos(ang) y1=r*sin(ang) x=x1+(s*sin(ang)) y=y1(s*cos(ang)) z=0 圖 31漸開(kāi)線的幾何分析（2）直齒輪的參數(shù)化建模過(guò)程（a）創(chuàng)建齒輪的基本圓這一步用草繪曲線的方法，創(chuàng)建齒輪的基本圓，包括齒頂圓、基圓、分度圓、齒根圓。并且用事先設(shè)置好的參數(shù)來(lái)控制圓的大小。（b）創(chuàng)建漸開(kāi)線用從方程來(lái)生成漸開(kāi)線的方法，創(chuàng)建漸開(kāi)線。圖32圖42 完成后的漸開(kāi)線（c）鏡像漸開(kāi)線首先創(chuàng)建一個(gè)用于鏡像的平面，然后通過(guò)該平面，鏡像第2步創(chuàng)建的漸開(kāi)線，并且用關(guān)系式來(lái)控制鏡像平面的角度。（d）拉伸形成實(shí)體拉伸創(chuàng)建實(shí)體，包括齒輪的齒根圓實(shí)體和齒輪的一個(gè)齒形實(shí)體。這一步是創(chuàng)建齒輪的關(guān)鍵步驟。（e）陣列輪齒將上一步創(chuàng)建的輪齒進(jìn)行陣列，完成齒輪的基本外形。這一步同樣需要加入關(guān)系式來(lái)控制齒輪的生成。圖33 完成后的輪齒這樣參數(shù)化建模就已完成，再需要建直齒圓柱齒輪的模型只需要點(diǎn)擊菜單欄中“編輯”，再點(diǎn)擊“再生”，這樣就彈出一個(gè)窗口，包括齒輪的各種參數(shù)，只需要根據(jù)要求，選擇要改變的參數(shù)，當(dāng)參數(shù)修改完成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)再生新的模型。根據(jù)此方法，依次得到圖34齒輪1，圖35齒輪5，和圖36齒輪6的模型， 圖34 齒輪1的模型 圖35 齒輪4,5的模型圖36，齒輪6的模型齒輪6再生后，因?yàn)槠涑叽邕^(guò)大，就在上面設(shè)計(jì)6個(gè)對(duì)稱(chēng)減重孔。 面齒輪的建模因?yàn)槊纨X輪的齒形不是很清楚，網(wǎng)上也沒(méi)有找到面齒輪的建模教程，在和老師商量后，暫且只把大概模型建出來(lái)，而齒形就不表示出來(lái)了。經(jīng)過(guò)一系列草繪，拉伸，得到圖37面齒輪2的模型，圖38面齒輪3的模型。 圖37，面齒輪2的模型 圖38，面齒輪3的模型 軸的建模（1）軸7的建模軸7是齒輪軸，所以要在之前已經(jīng)建好的齒輪1的模型的基礎(chǔ)上，選擇一個(gè)過(guò)齒輪中心的品面作為草繪面，并且在齒輪的側(cè)面構(gòu)建一個(gè)基準(zhǔn)，這樣能夠保證草繪的起點(diǎn)是在齒輪面上，那么，在草繪好軸的截面后，經(jīng)旋轉(zhuǎn)特征形成的模型才能是齒輪和軸一體的模型，具體的模型如圖39圖39，軸7的模型（2）其他軸的建模因?yàn)檩S8，軸9也是齒輪軸，依據(jù)之前軸7的建模方法，可以很快得到他們的三維模型如圖310,圖311。 圖310，軸8的模型 圖311，軸9的模型不難發(fā)現(xiàn)，軸8和軸9的模型十分相像，只有一個(gè)軸段的長(zhǎng)度不同。這跟傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以及他們的位置有很大聯(lián)系。至于軸10，它只是一個(gè)普通的階梯軸，只需要選擇一個(gè)草繪面，畫(huà)出軸10的截面圖，然后使用旋轉(zhuǎn)特征，將其再生成軸10的實(shí)體模型，如圖312。圖312，軸10的模型 箱體的設(shè)計(jì)與三維建模由于傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，考慮到安裝，整個(gè)箱體必然不能設(shè)計(jì)成傳統(tǒng)的上箱蓋，下箱座的形式。經(jīng)過(guò)和老師、師兄的探討，先初步確定箱體分3個(gè)部分，即左箱體、主箱體和右箱體。 左箱體的設(shè)計(jì)與建模左箱體是來(lái)安放軸8和軸9的，因此它的設(shè)計(jì)必須要根據(jù)軸8和軸9的尺寸以及齒輪上面安裝的齒輪的相對(duì)位置來(lái)具體設(shè)計(jì)。先設(shè)計(jì)左箱體的主體，如圖313圖313，左箱主體模型由圖313可見(jiàn)，主體部分是個(gè)開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，而且是分層的。如圖箱體左下角是輸出軸安放位置；箱體下方的側(cè)面也是開(kāi)放的，軸軸9上的面齒輪就是從這個(gè)地方放進(jìn)來(lái)，而箱體底部開(kāi)了兩個(gè)孔，是用來(lái)擰螺栓的，因?yàn)槊纨X輪與軸的的連接是通過(guò)軸段擋圈來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而軸端擋圈的固定又是靠螺栓擰緊的。在齒輪軸上的齒輪4和5與軸10上的大齒輪6嚙合的地方，額外加大了箱體的寬度，就像是兩個(gè)“耳朵”，這是為了避免大齒輪6與左箱體干涉。左箱主體上方將設(shè)計(jì)一個(gè)層板結(jié)構(gòu)，用來(lái)放置上方的軸承。當(dāng)箱體主體設(shè)計(jì)出來(lái)后，其他結(jié)構(gòu)部件的尺寸也就相應(yīng)都出來(lái)了。模型可很快建出來(lái)，具體結(jié)構(gòu)的模型如下： 圖314左箱層板 圖315左箱側(cè)蓋如圖314所示，左箱層板是用來(lái)放置軸承的；圖315左箱側(cè)蓋是在面齒輪安裝后，將左箱體的側(cè)面封閉起來(lái)。 圖316左箱底蓋 圖317左箱輸入蓋圖316左箱底蓋用來(lái)實(shí)現(xiàn)箱體底部的封閉；圖317左箱輸入蓋是和輸入軸7裝成一體后，在整體通過(guò)螺栓固定到左箱體的主體上。 主體體的設(shè)計(jì)與建模主箱體是用來(lái)放置輸出軸10的，所以主箱體必須嚴(yán)格按照軸10的結(jié)構(gòu)以及相關(guān)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)也要考慮主箱體分別要與左箱體與右箱體通過(guò)螺栓連接，因此主箱體是對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的。先設(shè)計(jì)主箱體的主結(jié)構(gòu)，如圖318所示（兩個(gè)角度） 圖318，主箱體的主結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的的側(cè)面是開(kāi)通的，用來(lái)裝大齒輪6的；底部也開(kāi)了個(gè)孔用來(lái)擰緊軸承端蓋的螺栓。主箱體的結(jié)構(gòu)還包括主箱體層板以及主箱體底蓋，在知曉他們尺寸的前提下，模型可以很快的建好，分別如圖319，圖320。 圖319，主箱底蓋 圖320，主箱層板 右箱體的設(shè)計(jì)與建模因?yàn)閭鲃?dòng)系統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)性，決定了箱體的對(duì)稱(chēng)性。因此右箱體與左箱是對(duì)稱(chēng)的，所以右箱體的設(shè)計(jì)與建模與左箱體的設(shè)計(jì)與建模幾乎是相同的，而且有些部件完全相同的比如層板、底蓋、以及側(cè)蓋，見(jiàn)一次模型就可以了。這也相對(duì)減小了任務(wù)量，再次就詳細(xì)贅述了。建好的右箱主體模型如圖321圖321，右箱主體模型其余結(jié)構(gòu)件的模型與左箱體的一樣，就不一一把截圖列出來(lái)。 模型的裝配運(yùn)用ProE軟件中的裝配設(shè)計(jì)功能，對(duì)已創(chuàng)建的零件三維實(shí)體模型進(jìn)行裝配。裝