【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)在全面考慮多齒嚙合、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輪齒均載等運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力。學(xué)的要求，實(shí)現(xiàn)高承載能力、高傳遞效率、高可靠性和優(yōu)良動(dòng)力學(xué)性能等指標(biāo)，而且要便于制造、裝配和檢修，設(shè)計(jì)了該具有合理結(jié)構(gòu)的擺線(xiàn)針輪行星減速器。軸承、柱銷(xiāo)及軸進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析，并用MATLAB語(yǔ)言編制計(jì)算機(jī)程序?qū)ζ淝蠼?。?jì)算并校核主要件的強(qiáng)度及轉(zhuǎn)臂軸承、各支承軸承的壽命，分析結(jié)果可以看到，各軸承性能指標(biāo)均符合要求。擬裝配及工程圖生成。用本文的方法設(shè)計(jì)擺線(xiàn)針輪減速器，具有設(shè)計(jì)快捷、方便。研究結(jié)果對(duì)提高設(shè)計(jì)的速度、質(zhì)量具有重要意義。并達(dá)到提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量,縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,降低產(chǎn)品成本的目的。擺線(xiàn)針輪行星傳動(dòng),簡(jiǎn)稱(chēng)擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)。其最新版本的UGNX不但繼承了原有UG軟件的各。UGS公司的Unigeaphics軟件都有著廣泛的用戶(hù)基礎(chǔ),它們是技術(shù)先進(jìn),功能全面,2021年9月份,全新版本的UGNX在美國(guó)上市。月開(kāi)始,EDS公司在世界各地舉辦專(zhuān)題研討會(huì),介紹UGNX的開(kāi)發(fā)方針和內(nèi)容。

　　

【正文】 ?239。238。受力中心距離為 116mm, 2F 、 3F 受力 中心距離為 50mm,因1F ＝ 5600N， 故 23256001 1 6 1 6 6 (5 6 0 0 )FFF236。 +=239。239。237。239。 ??239。238。 得 2F ＝ 8014N ， 3F ＝ 2414N 。 按彎扭合成應(yīng) 力校核 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面 4）的強(qiáng)度。根據(jù)下式及上表中的數(shù)值，并取 ? =，軸的計(jì)算應(yīng)力 ? ? ??? W TMca232 ?? ， 前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理， 由文獻(xiàn) [12]表15— 1 查得 ? ?1?? =60MPa，因此 ca? 〈 ? ?1?? ，故安全。 基于 UG 的擺線(xiàn)針輪減速器設(shè)計(jì) 33 精確 校核軸的疲勞強(qiáng)度 1）判斷危險(xiǎn)截面 截面 9 只受扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以截面 9 均無(wú)需校核。從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面 4 和 5 處過(guò)渡配合引起的應(yīng)力集中較為嚴(yán)重；從受載的情況來(lái)看，截面 5 上的應(yīng)力最大。由于 5 軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核。截面 4 上應(yīng)力最大，因而該軸只需校核截面 4左側(cè)即可。 2）截面 4 左側(cè) 抗彎截面系數(shù) dW? ＝ 421875 抗扭截面系數(shù) dWT ? ＝ 84375 彎矩 M ＝ 5600? 50＝ 280000 mmN? 扭矩 T＝ 1466353 mmN? 截面上的彎曲應(yīng)力 WMb ??＝ MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力TT WT3?? ＝ 軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由 文獻(xiàn) ［ 12］ 表 151，得 B? ＝ 640MPa， 1?? ＝ 275MPa， 1?? ＝ 155MPa。 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) ?? 及 ?? ，按 文獻(xiàn) ［ 12］ 表 32 查取，因 ?dr ， ?dD ，經(jīng)插值后可查得 ?? ＝ ， ?? ＝ ；又由 [12]附圖 31，可得材料敏性系數(shù)為 ??q ， ?q ＝ 。 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 ? ?11 ??? ??? aqk ＝ ? ?11 ??? ??? aqk ＝ 由 文獻(xiàn) ［ 12］ 附圖 32 得尺寸系數(shù) ?? = ；由 文獻(xiàn)［ 12］ 附圖 33 的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) ?? = 。 基于 UG 的擺線(xiàn)針輪減速器設(shè)計(jì) 34 軸按磨削加工，又附圖的表面質(zhì)量系數(shù)為 ?? ?? ? ＝ 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 1?q? ，則按式得綜合系數(shù)值為 11 ??? ???? ??kK ＝ 11 ??? ???? ??kK ＝ 又由 文獻(xiàn) ［ 12］ 13?? 及 ? 32 得碳鋼的特性系數(shù) ?? ＝， ?? ＝ 于是，計(jì)算安全系數(shù) caS 值，則得 mKS ???????? ???1 ＝ mKS ???????? ???1 ???? 22 SS SSS ca ?? ＝ ? S＝ 故可知其安全。 輸入軸的計(jì)算 其結(jié)構(gòu) 裝配 圖如圖 42 圖 42 輸入軸結(jié)構(gòu)裝配圖 基于 UG 的擺線(xiàn)針輪減速器設(shè)計(jì) 35 項(xiàng)目 代號(hào) 單位 計(jì)算、結(jié)果、說(shuō)明 轉(zhuǎn)矩 T N mm 由 前面已經(jīng)算出， T＝ 144897 公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩 caT N mm 由 文獻(xiàn) [12］表 141，取 AK ＝ ， caT ＝ 1 8 8 3 6 61 4 4 8 9 ???TK A 初步確定軸的最小直徑 mind mm 選材為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由 文獻(xiàn) ［ 12］ 表 153，取 A0＝ 110， 145022110 330m in ???? HnPAdmm 輸出軸最小直徑顯然 是 安裝 軸承 的部分 21?d ，為了使所選直徑 21?d 與 軸承 孔徑相適應(yīng)，須選取 軸承，由 文獻(xiàn) [13]GB/T ，選取圓柱滾子軸承 N406， d=30 mm,D=90 mm,B=23 mm, rC = KN。 校核該軸承： hPCnl h 71996494 10)(6010 366 ????????? ???? ? 該軸承符合壽命 要求，所以 ， 21?d ＝ 30mm, 21?d =25mm 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 其裝配結(jié)構(gòu)圖如圖 42， 34d? 上選用滾動(dòng)深溝球軸承 6408 ，由文獻(xiàn) [13] 表 6— 1 查得，d=40,D=110,B=27, ad = mm ，則可知 34d? =40mm ，65?d =40mm； 43?l =24mm,由減速器的結(jié)構(gòu)知， 32?l ＝75mm， ,5054 mmd ?? 54?l ＝ 18mm。 軸上 第 45 段與聯(lián)軸器相配合 ,由 文獻(xiàn) [13]表 87，選 HL3 彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，軸孔徑為 d=35,半聯(lián)軸 器 l ＝ 70mm，取65?l ＝ 60mm。軸承端蓋由減速器結(jié)構(gòu)定，總寬度為57mm。 軸上 偏心輪和 聯(lián)軸器 周向 定位采用平鍵聯(lián)基于 UG 的擺線(xiàn)針輪減速器設(shè)計(jì) 36 接，由 文獻(xiàn) [13]GB/T10951979， 分別 選用平鍵hbl ?? ＝ 81050 ?? 和 hbl ?? = 81045 ?? ,鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時(shí)為了保證聯(lián)軸器與軸的配合及偏心輪與軸的配 合 ，選擇配合為 H7/k6和 H7/h6，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位借過(guò)渡配合來(lái)保證，安裝軸承處選軸的尺寸公差為 m6。由 文獻(xiàn) [12]，表152，取軸端倒角為 o451? ，各軸肩圓角半徑為1?r . 力的計(jì)算 1F 2F 由前面知， rF 作用點(diǎn)到 1F 、 2F 作用點(diǎn)的距離相等，都為 54mm， 211169881 0 8 1 6 9 8 8 5 4FFF236。 +=239。239。237。239。 ??239。238。 得， 1F ＝ 8494N， 2F ＝ 8494N。 按彎扭合成強(qiáng)度校核 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面 2）的強(qiáng)度。根據(jù)下式及上表中的數(shù)值，并取 ? =，軸的計(jì)算應(yīng)力 ( )22 3caMTW as +== Mpa， 前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理， 由文獻(xiàn) [12]表 15－ 1 查得 ? ?1?? =60MPa，因此 ca? 〈 ? ?1?? ，故安全。 1）判斷危險(xiǎn)截面 截面 5 只受扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確基于 UG 的擺線(xiàn)針輪減速器設(shè)計(jì) 37 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 定的 ，所以截面 4 、 均無(wú)需校核。從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面 4 處過(guò)渡配合引起的應(yīng)力集中較為嚴(yán)重；從受載的情況來(lái)看，截面 3 上的應(yīng)力最大。 所以只需校核 2 截面， 顯然左側(cè)比右側(cè)直徑小 ，因而該軸只需校核截面 2 左側(cè)即可。 2）截面 2 左側(cè) 抗彎截面系數(shù) dW? ＝ 42875 抗扭截面系數(shù) dWT ? ＝ 85750 彎矩 M ＝ 917352 mmN? 扭矩 T＝ 144897 mmN? 截面上的彎曲應(yīng)力 WMb ??＝ MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力TT WT3?? ＝ MPa 軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由 文獻(xiàn) [12]表 151，得 B? ＝ 640MPa， 1?? ＝ 275MPa， 1?? ＝ 155MPa。 截面 上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) ??及 ?? ，按 文獻(xiàn) [12]表 32 查取，因 ?dr ，?dD ，經(jīng)插值后可查得 ?? ＝ ， ?? ＝ ；又由 文獻(xiàn) [12]附圖 31，可得材料敏性系數(shù)為 ??q ， ?q ＝ 。 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 ? ?11 ??? ??? aqk ＝ ? ?11 ??? ??? aqk ＝ 由 文獻(xiàn) ［ 12］附圖 32 得尺寸系數(shù) ?? = ；由 文獻(xiàn) ［ 12］ 附圖 33 的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) ?? = 。 軸按磨削加工，又附圖的表面質(zhì)量系數(shù)為 ?? ?? ?＝ 基于 UG 的擺線(xiàn)針輪減速器設(shè)計(jì) 38 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 1?q? ，則按式得綜合系數(shù)值為 11 ??? ???? ??kK ＝ 11 ??? ???? ??kK ＝ 又由 文獻(xiàn) ［ 12］ 13?? 及 ? 32 得碳鋼的特性系數(shù) ??＝ ， ?? ＝ 于是，計(jì)算安全系數(shù) caS 值，則得 mKS ???????? ???1 ＝ mKS ???????? ???1 ???? 22 SS SSS ca ?? ＝ ? S＝ 故可知其安全。 其它零件的設(shè)計(jì) 其它零件的設(shè)計(jì)見(jiàn)草圖，在此不作說(shuō)明。 潤(rùn)滑 與密封 本 減速機(jī)采用 油 浴潤(rùn)滑， 潤(rùn)滑油選擇 中極齒輪 油。若在低溫或高溫環(huán)境以及在啟動(dòng)頻煩的場(chǎng)合，須跟據(jù)情況重新選 擇適宜 潤(rùn)滑油 。對(duì)于本減速器，在嚴(yán)重惡劣負(fù)荷條件中工作時(shí)，推薦采用雙曲 線(xiàn)齒輪油。 密封件選擇 J 型無(wú)骨架油封。 針齒殼上開(kāi)有溝槽，油浸深度為 20～ 40mm。 基于 UG 的擺線(xiàn)針輪減速器設(shè)計(jì) 39 第五章 基于 UG 的擺線(xiàn)針輪減速器設(shè)計(jì) 5． 1 建模 擺線(xiàn)輪 擺線(xiàn)輪是一個(gè)盤(pán)式結(jié)構(gòu)，其上均勻分布孔的零件，它最大的特征是擺線(xiàn)輪廓；此零件三維建模的難點(diǎn)也在于擺線(xiàn)輪廓的繪制。由于 UG沒(méi)有直接用于繪制擺線(xiàn)的命令，要生成符合要求的擺線(xiàn)輪廓，必須借助于相應(yīng)的程序 和方程 ，生成 符合要求的 擺線(xiàn)輪齒廓。擺線(xiàn)輪廓直角坐標(biāo)參數(shù)方程 前面已經(jīng)給出，現(xiàn)有兩種方法生成擺線(xiàn)輪齒廓曲線(xiàn)： 其一是， 根據(jù)擺線(xiàn)輪參數(shù)方程，用 C語(yǔ)言編制一個(gè)生成擺 線(xiàn)輪齒廓曲線(xiàn)的程序，將其保存為擴(kuò)展名為． txt文件。用描點(diǎn)法得到擺線(xiàn)上一系列坐標(biāo)點(diǎn) ， 然后運(yùn)用樣條曲線(xiàn)命令，連接所有坐標(biāo)點(diǎn)，得到擺線(xiàn)輪齒廓曲線(xiàn)， 拉伸， 然后 打中心孔，作 柱銷(xiāo)孔及陣列得到擺線(xiàn) 輪。 其二是，借助 UG的規(guī)律曲線(xiàn)命令，在“工具”菜單下“表達(dá)式”命令對(duì)話(huà)框中 按 UG的語(yǔ)法格式 輸入擺線(xiàn)輪曲線(xiàn)的參數(shù)方程 ，點(diǎn)擊“插入”菜單下的“規(guī)律曲線(xiàn)”命令， x、 y、 z各方向的規(guī)律由表達(dá)式中的參數(shù)方程控制，生成擺線(xiàn)輪齒廓。 本文利用的是第二種方法，如圖 51 圖 51 擺線(xiàn)輪齒廓 圖 52 擺線(xiàn)輪 箱體 由于箱體的形狀很復(fù)雜，所以分割體很多，合理的建模順序是很重要的；另外建模應(yīng)該以數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。 圖 53 箱體 圖 54 針齒殼 基于 UG 的擺線(xiàn)針輪減速器設(shè)計(jì) 40 輸出軸 輸出軸的主要特征都和圓有關(guān)，主要利用圓柱、圓臺(tái)、草繪拉伸，打孔、布爾運(yùn)算等操作將其繪出。 圖 55 輸出軸 5． 2 虛擬裝配 應(yīng)用前述建立的擺線(xiàn)針輪減速器三維零件進(jìn)行虛擬裝配，首先進(jìn)行子裝配，如軸承，柱銷(xiāo)與柱銷(xiāo)套，針齒與針齒套 ，輸入軸與偏心輪 ，輸出軸和住銷(xiāo)及軸承與軸等 。完成子裝配工作后，進(jìn)行總裝配，依照從內(nèi)到外的順序，先裝配輸入軸，輸出軸， 再裝配兩個(gè)擺線(xiàn)輪，再裝配針齒銷(xiāo)和針齒殼，最后裝附件，得到減速器完整的裝配，圖 56為 內(nèi)部主要零部件 的爆炸圖。裝配過(guò)程中的裝配順序是非常重要的，裝配順序是否合理，直接影響到裝配的質(zhì)量好壞。圖 58為擺線(xiàn)針輪減速器及其相關(guān)零件虛擬裝配圖。零件裝配好了以后，進(jìn)行裝配體的干涉檢查，以便確定裝配體中各零件之間是否存在實(shí)體邊界沖突 (即干涉 )、沖突發(fā)生在何處、進(jìn)而為消除沖突做好準(zhǔn)備。一般對(duì)零件較多或裝配要求較嚴(yán)格的裝配體， 應(yīng)該裝配好 — 個(gè)零件就進(jìn)行一次裝配檢查，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，及時(shí)修正。 圖 56 主要件裝配爆炸圖 圖 57 裝配圖爆炸圖 基于 UG 的擺線(xiàn)針輪減速器設(shè)計(jì) 41 圖 58 擺線(xiàn)輪與輸出軸 圖 59裝配最終效果圖 5． 3 工程圖的生成 在 UG NX 系統(tǒng)中，工程圖模塊不應(yīng)理解為傳統(tǒng)意義上的二維繪圖，實(shí)際上它已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的繪圖的概念了，而是從三維空間經(jīng)過(guò)投影變換得到的二維圖形。這些圖形嚴(yán)格與零件三維模型相關(guān)，一般不能在二維空間進(jìn)行隨意的結(jié)構(gòu)修改，因?yàn)樾薷乃鼤?huì)破壞零件模型與 視圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在工程圖模塊 下，作的主要工作是設(shè)置好投影視圖布局， 完成工程圖圖紙所需要的其它信息的繪制、標(biāo)注、說(shuō)明等。 圖 59 擺線(xiàn)輪零件圖 試樣 圖 510 裝配圖 試樣