【文章內容簡介】 00100 中間軸9的設計計算中間軸9設計計算的過程與軸8的設計過程類似，在此就不在詳細贅述，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，因為軸9上的面齒輪3與軸8上的面齒輪2是同時和齒輪1嚙合的，而且齒輪4和齒輪5同時和大齒輪6嚙合，因此設計軸9時，要充分考慮嚙合位置的關系，保證傳動系統(tǒng)的工作合理性。表29 軸9各軸段的長度和直徑如下表軸段(mm)ⅠⅡⅡⅢⅢⅣⅣⅤⅤⅥⅥⅦ軸徑d809011090齒輪90長度l392020100100 輸出軸10的設計計算（1）根據之前計算的結果已經知道，輸出軸10的轉速n=258r/min，輸入功率P=，輸入轉矩T=M（2）初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為，調質處理，根據公式 （2—2）計算軸的直徑式中：A0的值根據參考文獻[16]表15—3，差得A0=97由此，可得軸的最小軸徑d≥A03Pn = 97 mm =（3）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度輸入軸也是豎直放置的，因此其設計理念跟中間軸8也是類似的，詳細的設計過程就不在贅述，表210 軸10各軸段的長度和直徑 軸段（mm）ⅠⅡⅡⅢⅢⅣⅣⅤⅤⅥ軸徑170190230190170長度892003025050 本章小結本章根據題目要求，在充分考慮結構安裝的前提下，初步設計了關重件。因為齒輪的齒數、模數、壓力角等都已經給出，所以我的設計不需要進行總傳動比計算，傳動比分配以及齒輪基本參數的設計，我一開始的關鍵任務就是把傳動系統(tǒng)中的所有軸詳細設計出來。只有知道軸的具體尺寸，以及齒輪嚙合的中心距，才能為我下一步設計箱體做好準備。同時我也初步確定了齒輪，軸的材料，以及齒輪的精度。當然本章的內容也有欠缺的地方，沒有將軸優(yōu)化。比如軸7，因為設計結構時，將軸7與軸軸9是設計成對心形式的，這就使得軸7的一個軸段太長了，達到了370mm，這對軸的強度會有一定影響；此外，軸軸軸10的直徑比較大，尤其是輸出軸10，他的最小軸徑達到了170mm，因為時間關系也沒有做優(yōu)化，沒有將其做成空心軸。 3 第三章 實驗箱的設計與三維建模第二章中，已經計算了各個齒輪的參數，并且根據參考資料[16]，將齒輪的寬度設計出來了，再次基礎，又把輸入軸、中間軸和輸出軸詳細設計出來，這一章，就要根據這些內容，來合理地設計整個實驗箱，這也是本次畢業(yè)設計的重要內容，同時將設計出的關重件、箱體以及其他所有零件的三維模型利用ProE建出來，并完成裝配，看有沒有干涉。 ProE的軟件概述 ProE的簡介ProE是美國PTC公司旗下的產品Pro/Engineer軟件的簡稱。ProE是美國參數技術公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產品。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域中占有著重要地位，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現今最成功的CAD/CAM軟件之一。在中國也有很多用戶直接稱之為“破衣”。1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數化建模軟件的研究。1988年。經過10余年的發(fā)展，ProE已經成為三維建模軟件的領頭羊。目前已經發(fā)布了ProE （中文名野火5)。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設計和機械設計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產品數據管理等等。ProE還提供了全面、集成緊密的產品開發(fā)環(huán)境。是一套由設計至生產的機械自動化軟件，是新一代的產品造型系統(tǒng)，是一個參數化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數據庫功能的綜合性MCAD軟件[20]。 ProE功能和特點介紹 經過20多年不斷的創(chuàng)新和完善，ProE現在已經是三維建模軟件領域的領頭羊之一，它具有如下特點和優(yōu)勢： （1） 參數化設計和特征功能：ProE是采用參數化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計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，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。 （2）單一數據庫： ProE是建立在統(tǒng)一基層上的數據庫上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數據庫上。所謂單一數據庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設計過程的任何 一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環(huán)節(jié)上。這種獨特的數據結構與工程設計的完整的結合，使得一件產品的設計結合起來。這一優(yōu)點，使得設計更優(yōu)化，成品質量更高，產品能更好地推向市場，價格也更便宜。 （3） 全相關性：ProE的所有模塊都是全相關的。這就意味著在產品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設計圖紙，以及制造數據。全相關性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 （4）基于特征的參數化造型：ProE使用用戶熟悉的特征作為產品幾何模型的構造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預先設置很容易的進行修改。例如：設計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。 （5） 數據管理：加速投放市場，需要在較短的時間內開發(fā)更多的產品。為了實現這種效率，必須允許多個學科的工程師同時對同一產品進行開發(fā)。數據管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作，由于使用了ProE獨特的全相關性功能，因而使之成為可能。 （6） 裝配管理：ProE的基本結構能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設計意圖。高級的功能支持大型復雜裝配體的構造和管理，這些裝配體中零件的數量不受限制。 齒輪以及軸的三維建模 圓柱直齒輪的參數化建模（1）漸開線的幾何分析[2122]漸開線是由一條線段繞齒輪基圓旋轉形成的曲線。漸開線的幾何分析如圖31所示。線段s繞圓弧旋轉，其一端點A劃過的一條軌跡即為漸開線。圖中點（x1,y1）的坐標為：x1=r*cos(ang),y1=r*sin(ang) 。(其中r為圓半徑，ang為圖示角度)對于ProE關系式，系統(tǒng)存在一個變量t，t的變化范圍是0～1。從而可以通過（x1,y1）建立（x,y）的坐標，即為漸開線的方程。 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漸開線的幾何分析（2）直齒輪的參數化建模過程（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。并且用事先設置好的參數來控制圓的大小。（b）創(chuàng)建漸開線用從方程來生成漸開線的方法，創(chuàng)建漸開線。圖32圖42 完成后的漸開線（c）鏡像漸開線首先創(chuàng)建一個用于鏡像的平面，然后通過該平面，鏡像第2步創(chuàng)建的漸開線，并且用關系式來控制鏡像平面的角度。（d）拉伸形成實體拉伸創(chuàng)建實體，包括齒輪的齒根圓實體和齒輪的一個齒形實體。這一步是創(chuàng)建齒輪的關鍵步驟。（e）陣列輪齒將上一步創(chuàng)建的輪齒進行陣列，完成齒輪的基本外形。這一步同樣需要加入關系式來控制齒輪的生成。圖33 完成后的輪齒這樣參數化建模就已完成，再需要建直齒圓柱齒輪的模型只需要點擊菜單欄中“編輯”，再點擊“再生”，這樣就彈出一個窗口，包括齒輪的各種參數，只需要根據要求，選擇要改變的參數，當參數修改完成后，系統(tǒng)會自動再生新的模型。根據此方法，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，因為其尺寸過大，就在上面設計6個對稱減重孔。 面齒輪的建模因為面齒輪的齒形不是很清楚，網上也沒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，而齒形就不表示出來了。經過一系列草繪，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，所以要在之前已經建好的齒輪1的模型的基礎上，選擇一個過齒輪中心的品面作為草繪面，并且在齒輪的側面構建一個基準，這樣能夠保證草繪的起點是在齒輪面上，那么，在草繪好軸的截面后，經旋轉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）其他軸的建模因為軸8，軸9也是齒輪軸，依據之前軸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，軸8和軸9的模型十分相像，只有一個軸段的長度不同。這跟傳動系統(tǒng)的結構，以及他們的位置有很大聯系。至于軸10，它只是一個普通的階梯軸，只需要選擇一個草繪面，畫出軸10的截面圖，然后使用旋轉特征，將其再生成軸10的實體模型，如圖312。圖312，軸10的模型 箱體的設計與三維建模由于傳動系統(tǒng)結構的復雜性，考慮到安裝，整個箱體必然不能設計成傳統(tǒng)的上箱蓋，下箱座的形式。經過和老師、師兄的探討，先初步確定箱體分3個部分，即左箱體、主箱體和右箱體。 左箱體的設計與建模左箱體是來安放軸8和軸9的，因此它的設計必須要根據軸8和軸9的尺寸以及齒輪上面安裝的齒輪的相對位置來具體設計。先設計左箱體的主體，如圖313圖313，左箱主體模型由圖313可見，主體部分是個開放式結構，而且是分層的。如圖箱體左下角是輸出軸安放位置；箱體下方的側面也是開放的，軸軸9上的面齒輪就是從這個地方放進來，而箱體底部開了兩個孔，是用來擰螺栓的，因為面齒輪與軸的的連接是通過軸段擋圈來實現的，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“耳朵”，這是為了避免大齒輪6與左箱體干涉。左箱主體上方將設計一個層板結構，用來放置上方的軸承。當箱體主體設計出來后，其他結構部件的尺寸也就相應都出來了。模型可很快建出來，具體結構的模型如下： 圖314左箱層板 圖315左箱側蓋如圖314所示，左箱層板是用來放置軸承的；圖315左箱側蓋是在面齒輪安裝后，將左箱體的側面封閉起來。 圖316左箱底蓋 圖317左箱輸入蓋圖316左箱底蓋用來實現箱體底部的封閉；圖317左箱輸入蓋是和輸入軸7裝成一體后，在整體通過螺栓固定到左箱體的主體上。 主體體的設計與建模主箱體是用來放置輸出軸10的，所以主箱體必須嚴格按照軸10的結構以及相關尺寸進行設計，同時也要考慮主箱體分別要與左箱體與右箱體通過螺栓連接，因此主箱體是對稱結構的。先設計主箱體的主結構，如圖318所示（兩個角度） 圖318，主箱體的主結構主體結構的的側面是開通的，用來裝大齒輪6的；底部也開了個孔用來擰緊軸承端蓋的螺栓。主箱體的結構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 右箱體的設計與建模因為傳動系統(tǒng)的對稱性，決定了箱體的對稱性。因此右箱體與左箱是對稱的，所以右箱體的設計與建模與左箱體的設計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、以及側蓋，見一次模型就可以了。這也相對減小了任務量，再次就詳細贅述了。建好的右箱主體模型如圖321圖321，右箱主體模型其余結構件的模型與左箱體的一樣，就不一一把截圖列出來。 模型的裝配運用ProE軟件中的裝配設計功能，對已創(chuàng)建的零件三維實體模型進行裝配。裝