【正文】 (343)軸的直徑:于是 (344)經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表62，輕微沖擊，～＜，故安全⑴畫出軸的力學(xué)模型，如圖34。1351 (a)(b) (c) (d)(e)(f)(g)(h)圖 34 力的模型及彎扭距圖 輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圓周力： (362)垂直于分度圓錐母線的分力： (363) 徑向分力 (364)軸向分力： (365)法向載荷： (366)式中與及與大小相等，方向相反。齒輪、套筒、右端軸承、依次從軸端右端裝入，聯(lián)軸器、左端軸承和軸承端蓋從左端裝入。軸端ⅠⅡ的長度比半聯(lián)軸器的轂孔長度（132mm）要短23mm，這樣可擺正軸端擋圈只壓在軸的端面上，故改軸段的長度去130mm。軸段ⅡⅢ要放軸承端蓋（端蓋總寬度為28mm）。故軸段ⅡⅢ長度為28mm+20mm=48mm。4) 軸段ⅣⅤ為了定位軸承故只需比軸段ⅢⅣ大24mm，故取94mm，考慮軸的平穩(wěn)型和可靠型參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》確定長度為100mm。 軸1和軸2上的軸承、平鍵以及端蓋均選用同一樣的型號。其次，在上述研究的基礎(chǔ)上建立直齒圓錐齒輪的學(xué)模型，并運(yùn)用 UG實(shí)現(xiàn)各種齒輪的三維參數(shù)化造型。就是形成的漸開線。由圖可知，當(dāng)發(fā)生線在基圓上做純滾動時，發(fā)生線上的一些任意點(diǎn)如B、C都會展出漸開線。漸開線齒輪的輪齒齒形就是由兩條對稱的漸開線所形成。(2)漸開線上任意點(diǎn)的法線必切于基圓，切于基圓的直線必為漸開線上一點(diǎn)的法線。是漸開線在點(diǎn)A的曲率中心，線段AG。(4)同一基圓上任意兩條漸開線之間各處的公法線長相等。在相同展開角處，基圓半徑越大，其漸開線的曲率半徑越大，當(dāng)基圓半徑為無窮大時，其漸開線變成直線。(6)漸開線上任意點(diǎn)的法線長度(也是曲率半徑)等于發(fā)生線在基圓上滾過的弧長。其中漸開線齒形能夠較為全面地滿足上述方面的要求，漸開線齒形的優(yōu)點(diǎn)如下:(l)漸開線齒形能夠保證瞬時傳動比不變。漸開線齒輪傳動，如果把兩輪的中心距離稍微增大或減小些，此時，兩輪的嚙合時的傳動比仍能保持不變。這種性質(zhì)稱為漸開線齒輪傳動的“可分離性”。(4)互換性好。加工刀具的通用性也廣，一種模數(shù)的刀具可加工任意齒數(shù)的齒輪。故目前絕大部分的齒輪都是采用漸開線作為齒形。目前，繪制漸開線齒輪齒形的方法有三種，一種是用圓弧近似代替漸開線，這樣雖然能夠近似畫出齒輪輪廓，但存在如下缺點(diǎn):繪制過程復(fù)雜，費(fèi)時并且容易出錯。第二種方法是先調(diào)用繪制工程圖形的專用軟件，然后把圖形文件導(dǎo)入CAD系統(tǒng)。第三種方法是利用CAD的二次開發(fā)工具來實(shí)現(xiàn)漸開線齒輪齒廓的精確繪制，此種方法能夠比較精確的繪制出漸開線齒輪齒廓。 建模思路首先利用UG中的規(guī)律曲線(Law Curve)功能生成齒廓曲線———漸開線,然后利用掃掠和抽取幾何元素特征操作,建立錐齒基本齒形,接著對該齒形和錐臺進(jìn)行求和特征操作、陣列操作得到相應(yīng)的直齒錐齒輪三維模型。因此,如果需要繪制不同齒輪參數(shù)的齒輪,只需在此文件中修改齒輪的基本參數(shù)值,然后在UG中重新導(dǎo)入,即可生成參數(shù)不同的齒輪漸開線。②從“插入→曲線→規(guī)律曲線”進(jìn)入對話框,然后點(diǎn)擊規(guī)律函數(shù)對話框的“確定“按鈕,設(shè)置以t為自變量,橫坐標(biāo)為xt的因變量。圖42 漸開線的繪制用基本曲線確定當(dāng)量齒輪和分度圓齒輪圖形，并連接分度圓與漸開線交點(diǎn)到遠(yuǎn)點(diǎn)的直線。如圖43。如圖44 直齒錐齒輪的建立，當(dāng)量齒輪齒根圓半徑，當(dāng)量齒輪齒頂圓半徑，分錐角，頂錐角，在不同的平面內(nèi)繪制出如圖45和46的草圖。“插入—掃掠—掃掠”，截面線串，引導(dǎo)線串，創(chuàng)建出一個齒外形，如圖48。的圖44齒形草圖根錐角分錐角頂錐角圖45 齒形初建立草圖圖46確定回轉(zhuǎn)中心圖47 形成輪齒的截面線和引導(dǎo)線圖48 輪齒的生成圖49 錐齒輪中間錐體的生成，將創(chuàng)建出來的一個齒按所選定的齒數(shù)作圓周陣列，即而創(chuàng)建出錐齒輪的最初的形狀，并繪制草圖，再次以回轉(zhuǎn)中心回轉(zhuǎn)，并做體修剪。圖410回轉(zhuǎn)曲線草圖411初步確定齒輪圖形，經(jīng)添加錐體，創(chuàng)建基準(zhǔn)面，經(jīng)修剪體切除頂錐多余的部分，以及根據(jù)與軸配合的孔徑尺寸建孔，最后完善的直齒錐齒輪如圖412和413。在分析的后置處理結(jié)果中，UG有限元分析模塊還能準(zhǔn)確直觀地得到所建模型各部件的應(yīng)力分布情況，從而預(yù)知所設(shè)計(jì)的模型是否滿足要求。 有限元法基本原理用彈性力學(xué)經(jīng)典方法分析連續(xù)體時，是從研究連續(xù)體中微元體的性質(zhì)著手，在分析過允許微元體的數(shù)目無限多而它的大小趨近于零，從而得出描述彈性體性質(zhì)的偏微分方程，求解偏微分方程可以得到一個解析解。然而，對于絕大多數(shù)工程實(shí)際問題，由于其幾何形狀的不規(guī)則，或由于其材料的非線性或不均勻等原因，要得到問題的解析解是十分困難的。有限元法在處理連續(xù)體問題時，首先把連續(xù)體離散化，即“化整為零”。其次，對每個單元，由于其分塊較小并且形狀較為規(guī)則，易于由平衡關(guān)系或能量關(guān)系建立節(jié)點(diǎn)之間的方程式，因而可以選擇一個較簡單的函數(shù)來近似地表示其位移的分布規(guī)律，并用彈性力學(xué)中的基本方程建立起單元上節(jié)點(diǎn)力與位移的關(guān)系。一般情況下這是一組以節(jié)點(diǎn)位移為未知量的方程組，代入邊界條件后，解此方程組可求得連續(xù)體上有限個節(jié)點(diǎn)上的位移，并進(jìn)一步得單元的內(nèi)力。利用實(shí)際分析對象精確模型并按照實(shí)際工況施加上載荷、約束進(jìn)行分析，無疑是最理想選擇，所得結(jié)果也最能夠真實(shí)反映分析對象在施加工況下的情況。建立階梯軸的參數(shù)化模型時，首先根據(jù)所要建立的主軸的階數(shù)、各階的直徑和長度、各鍵槽的位置參數(shù)和形狀尺寸等因素來決定需要設(shè)計(jì)的主軸的參數(shù)化模型。 劃分網(wǎng)格是建立有限元模型的一個重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問題較多，需要的工作量較大，所劃分的網(wǎng)格形式對計(jì)一算精度和計(jì)算規(guī)模將產(chǎn)生直接影響。網(wǎng)格劃分中要綜合考慮分析要求和對象結(jié)構(gòu)特征，選用適當(dāng)?shù)膯卧愋秃蛥?shù)進(jìn)行劃分。劃分結(jié)果如圖51。各種材料己經(jīng)按照基本特性(各向同性、正交各向同性、各向異性等)進(jìn)行分類，在相應(yīng)類別材料庫附有大部分常用材料。 本課題定義的軸材料類型為45。本設(shè)計(jì)所仿真的主軸所設(shè)定的邊界條件是：在與動錐接觸的主軸上端斜軸添加應(yīng)力載荷，即徑向力，大小為5598N。進(jìn)行分析的條件：設(shè)計(jì)目標(biāo)：重量約束目標(biāo)：以應(yīng)力為變化對象，應(yīng)力上限值225MPa,設(shè)計(jì)分析其它參數(shù)如下：模型 Von Mises 應(yīng)力, 上限 = 225MPa 設(shè)計(jì)變量：zhuzhou2::p218，初值 = 94m，下限 = 70mm， 最大迭代次數(shù)： 20收斂參數(shù)：Max Constraint Violation (%): Relative Convergence (%) : Absolute Convergence : Perturbation Fraction : 根據(jù)圖52和圖53，結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力值小于材料的需用應(yīng)力值（225MPa），因此需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在原有材料不變的情況下，減少結(jié)構(gòu)尺寸來降低零件成本。有限元分析過程中既有大量的初始信息需要加工，同時也產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的結(jié)果信息。后處理就是應(yīng)用可視化技術(shù)，將分析結(jié)果以顏色、密度、透明度等手段，變不可見為可見，使應(yīng)力、應(yīng)變、位移等物理量直觀顯現(xiàn)出來。圖52初始位移值圖53初始應(yīng)力值圖54優(yōu)化分析結(jié)果根據(jù)圖54優(yōu)化分析結(jié)果可知，當(dāng)?shù)谌偷谒拇螘r應(yīng)力已經(jīng)超過允許的最大應(yīng)力，第一次和第二次雖然符合應(yīng)力要求但不是最優(yōu)解故也應(yīng)該舍去。圖55最終優(yōu)化應(yīng)力圖56應(yīng)力優(yōu)化過程圖 通過圖56和57可以知道優(yōu)化過程中變化曲線從曲線上我們可以看出，優(yōu)化過程中應(yīng)力的變化從而答到滿足是使用需求的優(yōu)化結(jié)果。綜合優(yōu)化分析的結(jié)果總結(jié)出提高軸的強(qiáng)度的方法：（1）改變的直徑；(2)減小軸上載荷；（3）改進(jìn)軸的表面質(zhì)量，以提高軸的疲勞強(qiáng)度（4）改變軸的材料考慮到工藝設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)不適合大量生產(chǎn)，盡管優(yōu)化結(jié)果理論上達(dá)到最優(yōu)解，但工藝工程實(shí)現(xiàn)困難，故不采用，還選用94mm。在此過程中，認(rèn)真學(xué)習(xí)和研究了錐齒輪換向器的結(jié)構(gòu)和功能，特別是對于錐齒輪傳動有了更深入的理解。實(shí)現(xiàn)換向器功能的錐齒輪種類繁多，在本論文中，只圍繞直齒錐齒輪進(jìn)行參數(shù)化的三維建模和有限元分析的介紹。幾個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)至此即將結(jié)束，在此期間我學(xué)到了很多新的知識，同時鍛煉了我對問題的分析思考能力和解決問題的能力。相信我今后的生活與工作都將受益于本設(shè)計(jì)。內(nèi)蒙古自治區(qū)。2003[3] 孫恒，陳作模，葛文杰. 機(jī)械原理. 第七版. 北京. 高等教育出版社. 2006[4] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五版第二卷. 北京. 北京化學(xué)工業(yè)出版社. 2008[5] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第五版第三卷. 北京. 北京化學(xué)工業(yè)出版社. 2008[6] 。s Guide. Unigraphica Soluton [14] Yudong Zhang,Yuankai Huo。rner,　K. Humm,　Dr. F. Joachim,　Dr. H. Friedrichshafen AG , 88038Friedrichshafen, Germany；2003謝 辭值此畢業(yè)之際，首先感謝我尊敬的指導(dǎo)老師劉海老師，本設(shè)計(jì)的完成得益于劉老師和李華強(qiáng)老師對我課題結(jié)構(gòu)框架、材料收集、論文修改的精心指導(dǎo)！在這個過程中，老師們淵博的知識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范、求實(shí)創(chuàng)新的工作精神，給我留下了深刻的印象。在以后的人生道路上，我一定奮發(fā)向上、努力進(jìn)取，不辜負(fù)老師對我的教導(dǎo)。最后，向培養(yǎng)我的母校，關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的所有老師、同學(xué)表示最誠摯的謝意！40