【正文】 ②易于修改：在一個視窗中對設備位置的調(diào)整或者對設備三維模型的修改都會在相關的視圖中得到及時反映。 SolidWorks 三維建模 經(jīng)過前期大量的資料查閱，然后設計計算，繪制二維裝配圖和零件圖，然后進行三維建模。 （ 6）易于實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的標準化。 （ 5）設計與分析統(tǒng)一。 （ 4）修改設計方便。 （ 3）利于成 組設計。 （ 2）提高設計質(zhì)量。 計算機輔助設計有如下主要優(yōu)點： （ 1）提高設計效率。 （ 4）對零件進行功能模擬，如注塑、壓鑄、鍛壓或者機械加工等過程進行模擬，從模擬過程發(fā)現(xiàn)制造中的問題，從而提出對零件設計的修改方案。 （ 2）進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的初步設計，產(chǎn)品的造型和外觀的初步設計。計算機輔助設計是以設計者為主題，由設計者利用計算機輔助設計系統(tǒng)的資源，對產(chǎn)品進行規(guī)劃、分析、綜合、模擬、評價、修改、決策并形成工程文檔的創(chuàng)造性活動。 旋挖工程車鉆桿動力箱部件設計 34 第 5 章 三維建模輔助設計 概述 計算機輔助設計是 20 世紀 60 年代發(fā)展起來的一門新興的綜合性計算機應用技術。 齒輪的接觸疲勞強度校核 根據(jù)齒輪的接觸疲勞強度理論，可以得出，一對嚙合的齒輪的接觸應力相等，所以只需對一個齒輪進行校核計算即可，其接觸疲勞強度校核公式如下： ? ?1221H E H HKTZZ bd ??????? (45) 式中， 彈性系數(shù)，查表得 ， ； 區(qū)域系數(shù)，對于標準齒輪， ； 試驗齒輪失效概率為 時的接觸疲勞強度極限值，它與齒面硬度有關，查表得 ； 安全系數(shù)，查表得 ； 代入計算得 H? = MPa，符合條件。 FE? 試驗輪齒失效概率為 時的齒根彎曲疲勞極限值，查表得 ，若輪齒兩面工作時，應將表中的數(shù)值 ，得 ； 490FE MPa? ? 安全系數(shù)，查表得 FS = 對兩個齒輪進行計算，得出 ? ? 11F Fa SaYY? ? ? 22F Fa SaYY? ，故小齒輪的彎曲疲勞強度最弱。 齒輪的參數(shù)計算及校核 齒輪幾何尺寸的確定 小齒輪幾何尺寸 見表 41，大齒輪幾何尺寸見表 42。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 ? ?639 .5 5 1 00 .2TTPW d n???? ? ? （ 41） 式中， 軸的扭切應力， MPa； T轉(zhuǎn)矩， ； 抗扭截面系數(shù)， ； P傳遞的功率， P=180 kW； 軸的轉(zhuǎn)速， n=98 ； 許用扭切應力，查表得 = 25~45 MPa。其組件裝配圖如圖 314 所示。 其組件裝配圖如圖 313 所示。在設計選上海理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 29 用時，根據(jù)使用條件選擇適宜的材料和尺寸，并采取合理的安裝維護措施，才能達到較滿意的密封效果?；蛟诰o貼軸承處裝一甩油環(huán)，可有效地防止油外流。隙縫中添入潤滑脂，可增加密封效果。 曲路密封 :當環(huán)境比較臟和比較潮濕時，采用曲路密封是相當可靠的。 表 33 常見非接觸式密封方式 隙縫密封 ： 在軸承和軸承蓋的通孔壁之間留一個極窄的隙縫 ,半徑間隙通常為 ~。 （ 2）非接觸式密封 采用非接觸式密封，可以避免密封件與旋轉(zhuǎn)件的接觸。 唇形密封圈 ： 在軸承端蓋中，放置一個用耐油橡膠制的唇形密封圈，靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)形螺旋彈簧的扣緊作用而緊套在軸上，以起到密封作用。 旋挖工程車鉆桿動力箱部件設計 28 表 32 常見接觸式密封方式 氈圈密封 ：在軸承端蓋上開出梯形槽，將毛氈按標準制成環(huán)形（小尺寸時）或帶形（大尺寸時），放置在梯形槽中以與軸密合接觸。 下面為幾種常見接觸式密封的結(jié)構(gòu)形式。密封裝置可分為 接觸式密封 和 非接觸式密封 兩大類 : （ 1） 接觸式密封 在軸承蓋內(nèi)放置軟材料與轉(zhuǎn)動軸直接接觸而起摩擦作用。本次設計中，主要是軸承的密封。但是本次設計，齒輪是縱向布置，所以只能定期的人工潤滑。 （ 2）齒輪的潤滑 通用的閉式齒輪傳動的潤滑方法是根據(jù)齒輪的圓周速度大小而定。經(jīng)過查閱相關書籍，通過軸承的 dn 值計算，調(diào)心滾子軸承，深溝球軸承，回轉(zhuǎn)支承均用脂潤滑。 軸承常用的潤滑方式有油潤滑和脂潤滑兩類。常用鑄造金屬有多種，其中鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能，比如耐磨性能好、消震性能好、鑄造性能好、切削性能好等，并且生產(chǎn)簡便、成本低廉，是應用最廣泛的材料之一。箱蓋的結(jié)構(gòu)如圖 312 所示。箱蓋的的外形結(jié)構(gòu)取決于行星減速器的外形結(jié)構(gòu)，因為行星減速器的動力輸出就是動力箱的動力輸入。 箱蓋的結(jié)構(gòu)設計 動力箱中，箱座和箱蓋相互配合，組成動力箱的外殼，箱蓋的主要作用是保證對箱體起密封作用，使箱體在工作時候不至于讓油液滲漏。 因為鑄造箱體剛性好，外形美觀，易于切削加工、能吸收振動和消除噪音，可采用鑄造工藝獲得毛 坯。鑄造毛坯因近乎成形，而達到免機械加工或少量加工的目的降低了成本，并在一定程度上減少了制作時間。這些孔是在箱座和箱蓋裝配時，一起配作。在動力箱工作時，為了查看里面的工作情況，得在側(cè)面開設檢查孔，用于檢查傳動件的嚙合情況和潤滑情況，還可以由該孔向箱體內(nèi)注入潤滑油。 箱座的結(jié)構(gòu)設計 根據(jù)以往設計經(jīng)驗可以確定箱體壁厚，根據(jù)動力箱需要安裝滑架裝置、緩沖裝置、壓板裝置等，可以確定動力箱體的外形尺寸。這些相關參數(shù)是已知的，所以可以得出花鍵套的結(jié)構(gòu)如圖 310 所示。其中最重要的是，本次設計的花鍵套為內(nèi)花鍵，其中花鍵的強度校核不是本次設計的重要內(nèi)容，所以不做強度校核。 上海理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 25 圖 310 花鍵套 綜上所述，根據(jù)花鍵連接的特點和類型，再結(jié)合本次設計的要求，可以得出矩形花鍵是最佳選擇。受載時齒上有徑向力，能起自動定心作用，有利于各齒受力均勻，強度高，壽命長。如航空發(fā)動機、汽車、燃氣輪機、機床、工程機械、拖拉機、農(nóng)業(yè)機械及一般機械傳動裝置等等。矩形花鍵聯(lián)接是應用最為廣泛的花鍵聯(lián)接。 a 矩形花鍵 矩形花鍵的定心方式為小徑定心，即外花鍵和內(nèi)花鍵的小徑為配合面。 h 花鍵連接適用于定心精度要求高、傳遞轉(zhuǎn)矩大或經(jīng)?；频膱龊?。但是在本次設計中，由于動力傳遞裝置體型龐大，在國家標準中不能查詢，所以根據(jù)相關公式和導師的指點以及圖書館的資料查詢，設計此花鍵套。顯然，花鍵聯(lián)接是平鍵聯(lián)接在數(shù)目上的發(fā)展。 花鍵套的結(jié)構(gòu)設計 花鍵聯(lián)接由內(nèi)花鍵和外花鍵組成。根據(jù)導師的指點和查詢資料，基本上確定了套筒的尺寸。再者 ，驅(qū)動套筒由于花鍵套接觸，所以在內(nèi)圈的兩端也要做出相對應的凸臺，方便套筒的加工、裝拆。其次套筒還起著定位的作用，下面部分是與回轉(zhuǎn)支承接觸，上部分是與深溝球軸承軸承接觸，所以在設計的時候，上下部分的尺寸得根據(jù)兩個軸承的尺寸來設計。 圖 39 驅(qū)動套筒 首先從驅(qū)動套筒得傳遞很大的扭矩，所以凸臺的設計要滿足強度要求。 大齒輪的工藝技術要求： （ 1）齒坯正火處理有利于提高齒輪芯部的韌性，硬度為 217255HBS； （ 2）齒面表面淬火，滲碳深度為 ，齒面硬度為 50—55HRC，芯部硬度28—33HRC； （ 3）齒面應該進行磁粉探傷，鍛件不允許有裂紋、夾渣和白點等缺陷； （ 4）齒頂進行一定的修緣處理； 驅(qū)動套筒的結(jié)構(gòu)設計 驅(qū)動套筒在動力輸出裝置中，起著承上啟下的作用，分別通過 M20 和 M24 的螺釘連接著大齒輪和花鍵套，因此它的結(jié)構(gòu)設計也顯得非常重要。 （ 4）冷卻液選擇 對于磨齒加工也相當重要，加工過程中要注意冷卻液的供給的連續(xù)性，冷卻液的間斷會造成磨削區(qū)的驟然冷卻，容易形成裂紋。材料本身的缺陷以及熱處理狀況不佳都容易產(chǎn)生裂紋，此外，磨齒的工藝也有一定的影響，如磨齒規(guī)范、砂輪的選擇與休整、冷卻等。對于表面淬火后的齒輪齒根角處磨齒前滾齒所留下的 刀痕效果尤為顯著。對齒輪進行齒根噴丸處理，可以使齒根圓角處表面產(chǎn)生較大的殘余壓應力，一定的殘余壓應力有利于提高疲勞強度。滲碳淬火是為了保證齒面的硬度，齒輪的功能 及 其結(jié)構(gòu)要求齒輪的芯部要韌，但是齒輪表面要有足夠的硬度，因此在磨齒之前需要做滲碳淬火的熱處理。 大齒輪的工藝過程為： 齒坯鍛造 —預備熱處理（正火） —粗車 —熱處理（調(diào)質(zhì)） —半精車 —滾齒 —鉗工（倒角） —熱處理（表面淬火） —齒根噴丸 —精車 —磨齒 —檢查 —鉗工—倒棱。 由于大齒輪在動力傳動過程中承受扭矩很大，所以大齒輪的工藝過程關系到大齒輪的壽命問題。 圖 38 大齒輪 (2) 大齒輪的工藝設計 本次設計中，大齒輪的材料選用 45 鋼，因為鋼材的韌性好，耐沖擊。根據(jù)齒輪的強度理論和經(jīng)驗公式，可以得知安裝驅(qū)動套筒的尺寸和安裝回轉(zhuǎn)支承的尺寸。 (1) 大齒輪的結(jié)構(gòu)設計 在動力箱的設計中，根據(jù)已知參數(shù)，再通過類比法，可以得出齒輪的大概模數(shù)和齒數(shù)，然后查閱機械設計手冊選擇相應的齒寬。在本次設計中，大齒輪的設計旋挖工程車鉆桿動力箱部件設計 22 尤其重要，因為它是動力傳遞的核心。兩個軸承的安裝如圖 37 所示。它的尺寸根據(jù)回轉(zhuǎn)支承確定后，再確定驅(qū)動套筒，就可以得出此深溝球軸承軸承的外徑。得出需用 M20 螺釘 30 個。 從二者之間的關系不難看出，在本次的設計中選用回轉(zhuǎn)支承是最合適的，其中回轉(zhuǎn)支承安裝在齒輪的下方，他們之間用螺釘連接。 回轉(zhuǎn)支承在現(xiàn)實工業(yè)中應用很廣泛，被人們稱為： ―機器的關節(jié) ‖，是兩物體之間需作相對回轉(zhuǎn)運動，又需同時承受軸向力、徑向力、傾翻力矩的機械所必需的重要傳動部件。震動沖擊大，因此裝置受到很大的軸向力和徑向力，一般軸承很難滿足此要求。 動力輸出裝 置中軸承的選用 通過前面的比較，可以得知滾動軸承和滑動軸承的優(yōu)缺點，在動力輸出裝置中，經(jīng)過綜合考慮決定選用回轉(zhuǎn)支承和深溝球軸承，選擇依據(jù)有如下兩點： （ 1）大齒輪本身體積龐大，重量大。以及所有零件的定位問題。 旋挖工程車鉆桿動力箱部件設計 20 圖 35 軸承端蓋 動力輸出裝置的結(jié)構(gòu)設計 如圖 31 所示，從小齒輪輸出的轉(zhuǎn)矩傳遞給大齒輪，大齒輪再通過螺釘聯(lián)接，把扭矩傳遞給套筒，套筒再通過螺釘連接，把轉(zhuǎn)矩傳遞給花鍵套，最后使扭矩傳遞到鉆桿，實現(xiàn)了鉆桿的低速旋轉(zhuǎn)運動。 軸承端蓋結(jié)構(gòu)如圖 35 所示，端蓋以 10 個 M10 的內(nèi)六角圓柱頭螺釘與箱體連接，使得軸向力通過調(diào)心軸承，然后傳遞給軸承蓋，通過螺釘?shù)淖饔?，把力傳給箱體。 軸承內(nèi)圈軸向限位的常用方法包括用軸肩、彈性擋圈、擋圈和螺釘（或錐銷）、雙螺母、軸承相鄰安裝零件端面等作軸向限位。 在齒輪軸設計中，兩個調(diào)心軸承的定位方式為兩端定位 —調(diào)隙方式，他們都靠調(diào)整墊片來調(diào)整間隙。軸有一定的軸向剛體位移，但其最大值為 S，當軸的熱膨脹比支承它的殼體熱膨脹大時，只要差額不超過 S，不會引起附加軸向力。因為軸向間隙的調(diào)整量有限，因此兩端定位 調(diào)隙支承方式一般不宜用長軸。它一般無軸向剛體位移，但當軸的熱膨脹比支承它的殼 體熱膨脹大時，會引起附加軸向力。裝配時用螺母或其他方法調(diào)節(jié)軸承圈，保證所需的軸向間隙或徑向預緊。 兩端定位 調(diào)隙支承方式是將兩個軸向定位約束分別安置在軸兩端的支承上，它通常由兩個圓錐滾子軸承或兩個角接觸軸承組成。而軸上另一端支承則在軸線兩個方向都無固定，即可自 由移動，這種支承稱之為松弛支承。符合軸向靜定原則的常見軸承軸向支承方式有三種（兩支承機構(gòu)）： 一端定位支承方式又稱固定 松弛支承方式，是將兩個軸向定位約束安置在軸某一端支承上，此支承稱之為固定支承。 上海理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 19 18 鉗工 端面齒形及齒頂沿長棱邊倒角 軸支承結(jié)構(gòu)設計 首先要確定如何對所選用的軸承根據(jù)其工況在圓周方向和軸向進行可靠的固定，其次支承結(jié)構(gòu)的設計要便于安裝、拆卸、密封、潤滑。總之，齒槽根部不磨削可以提高齒輪承載能力，避免磨齒損傷。 13 探傷 超聲波探傷，確定齒坯內(nèi)部質(zhì)量是否合格 14 磨削 磨外圓級端面（安裝軸承的外圓） 15 半精滾齒 按兩端軸徑找正，采用硬質(zhì)合金滾刀半精滾齒，留磨削余量為粗滾齒的 1/4。允差均為公法線長度留余量的 1/5. 調(diào)節(jié)卡盤的卡爪和置于中心架上的固定于另一軸段的定位套，進行找正。 12 半精車 直齒輪在卡盤卡爪位置的四個齒槽兩端均布 8 個磁性找正棒。車去各部分滲碳層，外圓及端面留下一定余量。 9 車 按齒頂圓兩端找正。測量公法線長度并且留出半精滾齒和磨齒余量。 7 粗滾齒 齒形預加工，要求精度達到國家標準。齒頂圓、齒寬按設計圖車成。目的是使齒坯組織細化均勻化，減少滲碳淬火時工件變形。 4 探傷 超聲波探傷檢查齒坯是否有缺陷，及時報廢不合格品。為了避免熱處理時由于應力集中造成的裂紋，全部棱角按留量倒角。 齒輪軸的加工工藝過程如表 31 所示。采用的熱處理工藝為：在粗加工之 前，進行正火處理，使軸具有一定的韌性且提高切削性能。完成整個設計內(nèi)容。在結(jié)構(gòu)設計的同時還要注意軸應該具有良好的工藝性。齒輪軸顧名思義就是把齒輪和軸作為一個整體，根據(jù)軸的功能 ，軸必須保