機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)-二級(jí)齒輪減速器設(shè)計(jì)及齒輪的加工工藝設(shè)計(jì)（含CAD圖紙全套）
機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)-二級(jí)齒輪減速器設(shè)計(jì)及齒輪的加工工藝設(shè)計(jì)（含CAD圖紙全套）,機(jī)械,畢業(yè)設(shè)計(jì),二級(jí),齒輪,減速器,設(shè)計(jì),加工,工藝,cad,圖紙,全套
附錄二 ：中文翻譯
通過夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化控制變形
摘 要
工件變形必須控制在數(shù)值控制機(jī)械加工過程之中。夾具布局和夾緊力是影響加工變形程度和分布的兩個(gè)主要方面。在本文提出了一種多目標(biāo)模型的建立，以減低變形的程度和增加均勻變形分布。有限元方法應(yīng)用于分析變形。遺傳算法發(fā)展是為了解決優(yōu)化模型。最后舉了一個(gè)例子說明，一個(gè)令人滿意的結(jié)果被求得， 這是遠(yuǎn)優(yōu)于經(jīng)驗(yàn)之一的。多目標(biāo)模型可以減少加工變形有效地改善分布狀況。
關(guān)鍵詞：夾具布局；夾緊力； 遺傳算法；有限元方法
1 引言
夾具設(shè)計(jì)在制造工程中是一項(xiàng)重要的程序。這對(duì)于加工精度是至關(guān)重要。一個(gè)工件應(yīng)約束在一個(gè)帶有夾具元件，如定位元件，夾緊裝置，以及支撐元件的夾具中加工。定位的位置和夾具的支力，應(yīng)該從戰(zhàn)略的設(shè)計(jì)，并且適當(dāng)?shù)膴A緊力應(yīng)適用。該夾具元件可以放在工件表面的任何可選位置。夾緊力必須大到足以進(jìn)行工件加工。通常情況下，它在很大程度上取決于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)，選擇該夾具元件的方案，并確定夾緊力。因此，不能保證由此產(chǎn)生的解決方案是某一特定的工件的最優(yōu)或接近最優(yōu)的方案。因此，夾具布局和夾緊力優(yōu)化成為夾具設(shè)計(jì)方案的兩個(gè)主要方面。 定位和夾緊裝置和夾緊力的值都應(yīng)適當(dāng)?shù)倪x擇和計(jì)算，使由于夾緊力和切削力產(chǎn)生的工件變形盡量減少和非正式化。
夾具設(shè)計(jì)的目的是要找到夾具元件關(guān)于工件和最優(yōu)的夾緊力的一個(gè)最優(yōu)布局或方案。在這篇論文里， 多目標(biāo)優(yōu)化方法是代表了夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化的方法。 這個(gè)觀點(diǎn)是具有兩面性的。一，是盡量減少加工表面最大的彈性變形； 另一個(gè)是盡量均勻變形。 ANSYS軟件包是用來計(jì)算工件由于夾緊力和切削力下產(chǎn)生的變形。遺傳算法是MATLAB的發(fā)達(dá)且直接的搜索工具箱，并且被應(yīng)用于解決優(yōu)化問題。最后還給出了一個(gè)案例的研究，以闡述對(duì)所提算法的應(yīng)用。
2 文獻(xiàn)回顧
隨著優(yōu)化方法在工業(yè)中的廣泛運(yùn)用，近幾年夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化已獲得了更多的利益。夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化包括夾具布局優(yōu)化和夾緊力優(yōu)化。King 和 Hutter提出了一種使用剛體模型的夾具-工件系統(tǒng)來優(yōu)化夾具布局設(shè)計(jì)的方法。DeMeter也用了一個(gè)剛性體模型，為最優(yōu)夾具布局和最低的夾緊力進(jìn)行分析和綜合。他提出了基于支持布局優(yōu)化的程序與計(jì)算質(zhì)量的有限元計(jì)算法。李和melkote用了一個(gè)非線性編程方法和一個(gè)聯(lián)絡(luò)彈性模型解決布局優(yōu)化問題。兩年后， 他們提交了一份確定關(guān)于多鉗夾具受到準(zhǔn)靜態(tài)加工力的夾緊力優(yōu)化的方法。他們還提出了一關(guān)于夾具布置和夾緊力的最優(yōu)的合成方法，認(rèn)為工件在加工過程中處于動(dòng)態(tài)。相結(jié)合的夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序被提出，其他研究人員用有限元法進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)與分析。蔡等對(duì)menassa和devries包括合成的夾具布局的金屬板材大會(huì)的理論進(jìn)行了拓展。秦等人建立了一個(gè)與夾具和工件之間彈性接觸的模型作為參考物來優(yōu)化夾緊力與，以盡量減少工件的位置誤差。Deng和melkote 提交了一份基于模型的框架以確定所需的最低限度夾緊力，保證了被夾緊工件在加工的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。
大部分的上述研究使用的是非線性規(guī)劃方法，很少有全面的或近全面的最優(yōu)解決辦法。所有的夾具布局優(yōu)化程序必須從一個(gè)可行布局開始。此外，還得到了對(duì)這些模型都非常敏感的初步可行夾具布局的解決方案。夾具優(yōu)化設(shè)計(jì)的問題是非線性的，因?yàn)槟繕?biāo)的功能和設(shè)計(jì)變量之間沒有直接分析的關(guān)系。例如加工表面誤差和夾具的參數(shù)之間（定位、夾具和夾緊力）。
以前的研究表明，遺傳算法（ GA ）在解決這類優(yōu)化問題中是一種有用的技術(shù)。吳和陳用遺傳算法確定最穩(wěn)定的靜態(tài)夾具布局。石川和青山應(yīng)用遺傳算法確定最佳夾緊條件彈性工件。vallapuzha在基于優(yōu)化夾具布局的遺傳算法中使用空間坐標(biāo)編碼。他們還提出了針對(duì)主要競(jìng)爭(zhēng)夾具優(yōu)化方法相對(duì)有效性的廣泛調(diào)查的方法和結(jié)果。這表明連續(xù)遺傳算法取得最優(yōu)質(zhì)的解決方案。krishnakumar和melkote 發(fā)展了一個(gè)夾具布局優(yōu)化技術(shù)，用遺傳算法找到夾具布局，盡量減少由于在整個(gè)刀具路徑的夾緊和切削力造成的加工表面的變形。定位器和夾具位置被節(jié)點(diǎn)號(hào)碼所指定。krishnakumar等人還提出了一種迭代算法，盡量減少工件在整個(gè)切削過程之中由不同的夾具布局和夾緊力造成的彈性變形。Lai等人建成了一個(gè)分析模型，認(rèn)為定位和夾緊裝置為同一夾具布局的要素靈活的一部分。Hamedi 討論了混合學(xué)習(xí)系統(tǒng)用來非線性有限元分析與支持相結(jié)合的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ ANN ）和GA。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被用來計(jì)算工件的最大彈性變形，遺傳算法被用來確定最佳鎖模力。Kumar建議將迭代算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來發(fā)展夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Kaya用迭代算法和有限元分析，在二維工件中找到最佳定位和夾緊位置，并且把碎片的效果考慮進(jìn)去。周等人。提出了基于遺傳算法的方法，認(rèn)為優(yōu)化夾具布局和夾緊力的同時(shí)，一些研究沒有考慮為整個(gè)刀具路徑優(yōu)化布局。一些研究使用節(jié)點(diǎn)數(shù)目作為設(shè)計(jì)參數(shù)。一些研究解決夾具布局或夾緊力優(yōu)化方法，但不能兩者都同時(shí)進(jìn)行。 有幾項(xiàng)研究摩擦和碎片考慮進(jìn)去了。
碎片的移動(dòng)和摩擦接觸的影響對(duì)于實(shí)現(xiàn)更為現(xiàn)實(shí)和準(zhǔn)確的工件夾具布局校核分析來說是不可忽視的。因此將碎片的去除效果和摩擦考慮在內(nèi)以實(shí)現(xiàn)更好的加工精度是必須的。
在這篇論文中，將摩擦和碎片移除考慮在內(nèi)，以達(dá)到加工表面在夾緊和切削力下最低程度的變形。一多目標(biāo)優(yōu)化模型被建立了。一個(gè)優(yōu)化的過程中基于GA和有限元法提交找到最佳的布局和夾具夾緊力。最后，結(jié)果多目標(biāo)優(yōu)化模型對(duì)低剛度工件而言是比較單一的目標(biāo)優(yōu)化方法、經(jīng)驗(yàn)和方法。
3 多目標(biāo)優(yōu)化模型夾具設(shè)計(jì)
一個(gè)可行的夾具布局必須滿足三限制。首先，定位和夾緊裝置不能將拉伸勢(shì)力應(yīng)用到工件；第二，庫侖摩擦約束必須施加在所有夾具-工件的接觸點(diǎn)。夾具元件-工件接觸點(diǎn)的位置必須在候選位置。為一個(gè)問題涉及夾具元件-工件接觸和加工負(fù)荷步驟，優(yōu)化問題可以在數(shù)學(xué)上仿照如下：
這里的△表示加工區(qū)域在加工當(dāng)中j次步驟的最高彈性變形。
其中
是△的平均值；
是正常力在i次的接觸點(diǎn)；
μ是靜態(tài)摩擦系數(shù)；
fhi是切向力在i次的接觸點(diǎn)；
pos(i)是i次的接觸點(diǎn)；
是可選區(qū)域的i次接觸點(diǎn)；
整體過程如圖1所示，一要設(shè)計(jì)一套可行的夾具布局和優(yōu)化的夾緊力。最大切削力在切削模型和切削力發(fā)送到有限元分析模型中被計(jì)算出來。優(yōu)化程序造成一些夾具布局和夾緊力，同時(shí)也是被發(fā)送到有限元模型中。在有限元分析座內(nèi)，加工變形下，切削力和夾緊力的計(jì)算方法采用有限元方法。根據(jù)某夾具布局和變形，然后發(fā)送給優(yōu)化程序，以搜索為一優(yōu)化夾具方案。
圖1 夾具布局和夾緊力優(yōu)化過程
4 夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化
4.1 遺傳算法
遺傳算法（ GA ）是基于生物再生產(chǎn)過程的強(qiáng)勁，隨機(jī)和啟發(fā)式的優(yōu)化方法?；舅悸繁澈蟮倪z傳算法是模擬“生存的優(yōu)勝劣汰“的現(xiàn)象。每一個(gè)人口中的候選個(gè)體指派一個(gè)健身的價(jià)值，通過一個(gè)功能的調(diào)整，以適應(yīng)特定的問題。遺傳算法，然后進(jìn)行復(fù)制，交叉和變異過程消除不適宜的個(gè)人和人口的演進(jìn)給下一代。人口足夠數(shù)目的演變基于這些經(jīng)營者引起全球健身人口的增加和優(yōu)勝個(gè)體代表全最好的方法。
遺傳算法程序在優(yōu)化夾具設(shè)計(jì)時(shí)需夾具布局和夾緊力作為設(shè)計(jì)變量，以生成字符串代表不同的布置。字符串相比染色體的自然演變，以及字符串，它和遺傳算法尋找最優(yōu)，是映射到最優(yōu)的夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃。在這項(xiàng)研究里，遺傳算法和MATLAB的直接搜索工具箱是被運(yùn)用的。
收斂性遺傳算法是被人口大小、交叉的概率和概率突變所控制的 。只有當(dāng)在一個(gè)人口中功能最薄弱功能的最優(yōu)值沒有變化時(shí)，nchg達(dá)到一個(gè)預(yù)先定義的價(jià)值ncmax ，或有多少幾代氮，到達(dá)演化的指定數(shù)量上限nmax， 沒有遺傳算法停止。有五個(gè)主要因素，遺傳算法，編碼，健身功能，遺傳算子，控制參數(shù)和制約因素。 在這篇論文中，這些因素都被選出如表1所列。
表1 遺傳算法參數(shù)的選擇
由于遺傳算法可能產(chǎn)生夾具設(shè)計(jì)字符串，當(dāng)受到加工負(fù)荷時(shí)不完全限制夾具。這些解決方案被認(rèn)為是不可行的，且被罰的方法是用來驅(qū)動(dòng)遺傳算法，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)可行的解決辦法。1夾具設(shè)計(jì)的計(jì)劃被認(rèn)為是不可行的或無約束，如果反應(yīng)在定位是否定的。在換句話說，它不符合方程（2）和（3）的限制。罰的方法基本上包含指定計(jì)劃的高目標(biāo)函數(shù)值時(shí)不可行的。因此，驅(qū)動(dòng)它在連續(xù)迭代算法中的可行區(qū)域。對(duì)于約束（4），當(dāng)遺傳算子產(chǎn)生新個(gè)體或此個(gè)體已經(jīng)產(chǎn)生，檢查它們是否符合條件是必要的。真正的候選區(qū)域是那些不包括無效的區(qū)域。在為了簡(jiǎn)化檢查，多邊形是用來代表候選區(qū)域和無效區(qū)域的。多邊形的頂點(diǎn)是用于檢查?！癷npolygon ”在MATLAB的功能可被用來幫助檢查。
4.2 有限元分析
ANSYS軟件包是用于在這方面的研究有限元分析計(jì)算。有限元模型是一個(gè)考慮摩擦效應(yīng)的半彈性接觸模型，如果材料是假定線彈性。如圖2所示，每個(gè)位置或支持，是代表三個(gè)正交彈簧提供的制約。
圖2 考慮到摩擦的半彈性接觸模型
在x ， y和z 方向和每個(gè)夾具類似，但定位夾緊力在正常的方向。彈力在自然的方向即所謂自然彈力，其余兩個(gè)彈力即為所謂的切向彈力。接觸彈簧剛度可以根據(jù)向赫茲接觸理論計(jì)算如下：
隨著夾緊力和夾具布局的變化，接觸剛度也不同，一個(gè)合理的線性逼近的接觸剛度可以從適合上述方程的最小二乘法得到。連續(xù)插值，這是用來申請(qǐng)工件的有限元分析模型的邊界條件。在圖3中說明了夾具元件的位置，顯示為黑色界線。每個(gè)元素的位置被其它四或六最接近的鄰近節(jié)點(diǎn)所包圍。
圖3 連續(xù)插值
這系列節(jié)點(diǎn)，如黑色正方形所示，是（37，38，31和30 ），（9，10 ，11 ， 18，17號(hào)和16號(hào)）和（ 26，27 ，34 ， 41，40和33 ）。這一系列彈簧單元，與這些每一個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。對(duì)任何一套節(jié)點(diǎn)，彈簧常數(shù)是：
這里，
kij 是彈簧剛度在的j -次節(jié)點(diǎn)周圍i次夾具元件，
Dij 是i次夾具元件和的J -次節(jié)點(diǎn)周圍之間的距離，
ki是彈簧剛度在一次夾具元件位置,
ηi 是周圍的i次夾具元素周圍的節(jié)點(diǎn)數(shù)量
為每個(gè)加工負(fù)荷的一步，適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件將適用于工件的有限元模型。在這個(gè)工作里，正常的彈簧約束在這三個(gè)方向（X ， Y ， Z ）的和在切方向切向彈簧約束，（X ， Y ）。夾緊力是適用于正常方向（Z）的夾緊點(diǎn)。整個(gè)刀具路徑是模擬為每個(gè)夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃所產(chǎn)生的遺傳算法應(yīng)用的高峰期的X ，Y ，z切削力順序到元曲面，其中刀具通行證。在這工作中，從刀具路徑中歐盟和去除碎片已經(jīng)被考慮進(jìn)去。在機(jī)床改變幾何數(shù)值過程中，材料被去除，工件的結(jié)構(gòu)剛度也改變。
因此，這是需要考慮碎片移除的影響。有限元分析模型，分析與重點(diǎn)的工具運(yùn)動(dòng)和碎片移除使用的元素死亡技術(shù)。在為了計(jì)算健身價(jià)值，對(duì)于給定夾具設(shè)計(jì)方案，位移存儲(chǔ)為每個(gè)負(fù)載的一步。那么，最大位移是選定為夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃的健身價(jià)值。
遺傳算法的程序和ANSYS之間的互動(dòng)實(shí)施如下。定位和夾具的位置以及夾緊力這些參數(shù)寫入到一個(gè)文本文件。那個(gè)輸入批處理文件ANSYS軟件可以讀取這些參數(shù)和計(jì)算加工表面的變形。 因此， 健身價(jià)值觀，在遺傳算法程序，也可以寫到當(dāng)前夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃的一個(gè)文本文件。
當(dāng)有大量的節(jié)點(diǎn)在一個(gè)有限元模型時(shí)，計(jì)算健身價(jià)值是很昂貴的。因此，有必要加快計(jì)算遺傳算法程序。作為這一代的推移，染色體在人口中取得類似情況。在這項(xiàng)工作中，計(jì)算健身價(jià)值和染色體存放在一個(gè)SQL Server數(shù)據(jù)庫。遺傳算法的程序，如果目前的染色體的健身價(jià)值已計(jì)算之前，先檢查；如果不，夾具設(shè)計(jì)計(jì)劃發(fā)送到ANSYS，否則健身價(jià)值觀是直接從數(shù)據(jù)庫中取出。嚙合的工件有限元模型，在每一個(gè)計(jì)算時(shí)間保持不變。每計(jì)算模型間的差異是邊界條件，因此，網(wǎng)狀工件的有限元模型可以用來反復(fù)“恢復(fù)”ANSYS 命令。
5 案例研究
一個(gè)關(guān)于低剛度工件的銑削夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化問題是被顯示在前面的論文中，并在以下各節(jié)加以表述。
5.1 工件的幾何形狀和性能
工件的幾何形狀和特點(diǎn)顯示在圖4中，空心工件的材料是鋁390與泊松比0.3和71Gpa的楊氏模量。外廓尺寸152.4mm×127mm*76.2mm.該工件頂端內(nèi)壁的三分之一是經(jīng)銑削及其刀具軌跡，如圖4 所示。夾具元件中應(yīng)用到的材料泊松比0.3和楊氏模量的220的合金鋼。
圖4 空心工件
5.2 模擬和加工的運(yùn)作
舉例將工件進(jìn)行周邊銑削，加工參數(shù)在表2中給出?；谶@些參數(shù)，切削力的最高值被作為工件內(nèi)壁受到的表面載荷而被計(jì)算和應(yīng)用，當(dāng)工件處于330.94 n（切）、398.11 N （下徑向）和22.84 N （下軸） 的切削位置時(shí)。整個(gè)刀具路徑被26個(gè)工步所分開，切削力的方向被刀具位置所確定
表2加工參數(shù)和條件
。
5.3 夾具設(shè)計(jì)方案
夾具在加工過程中夾緊工件的規(guī)劃如圖5所示。
圖5 定位和夾緊裝置的可選區(qū)域
一般來說， 3-2-1定位原則是夾具設(shè)計(jì)中常用的。夾具底板限制三個(gè)自由度，在側(cè)邊控制兩個(gè)自由度。這里，在Y=0mm截面上使用了4個(gè)定點(diǎn)（L1，L2 ， L3和14 ），以定位工件并限制2自由度；并且在Y=127mm的相反面上，兩個(gè)壓板（C1,C2）夾緊工件。在正交面上，需要一個(gè)定位元件限制其余的一個(gè)自由度，這在優(yōu)化模型中是被忽略的。在表3中給出了定位加緊點(diǎn)的坐標(biāo)范圍。
表3 設(shè)計(jì)變量的約束
由于沒有一個(gè)簡(jiǎn)單的一體化程序確定夾緊力，夾緊力很大部分（6673.2N）在初始階段被假設(shè)為每一個(gè)夾板上作用的力。且從符合例5的最小二乘法，分別由4.43×107 N/m 和5.47×107 N/m得到了正常切向剛度。
5.4 遺傳控制參數(shù)和懲罰函數(shù)
在這個(gè)例子中，用到了下列參數(shù)值：Ps=30, Pc=0.85, Pm=0.01, Nmax=100和Ncmax=20.關(guān)于f1和σ的懲罰函數(shù)是
這里fv可以被F1或σ代表。當(dāng)nchg達(dá)到6時(shí)，交叉和變異的概率將分別改變成0.6和0.1.
5.5 優(yōu)化結(jié)果
連續(xù)優(yōu)化的收斂過程如圖6所示。且收斂過程的相應(yīng)功能（1）和（2）如圖7、圖8所示。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在表4中給出。
圖6 夾具布局和夾緊力優(yōu)化程序的收斂性遺傳算法 圖7 第一個(gè)函數(shù)值的收斂
圖8第二個(gè)函數(shù)值的收斂性
表4 多目標(biāo)優(yōu)化模型的結(jié)果 表5 各種夾具設(shè)計(jì)方案結(jié)果進(jìn)行比較，
5.6 結(jié)果的比較
從單一目標(biāo)優(yōu)化和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)中得到的夾具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)值，如表5所示。單一目標(biāo)優(yōu)化的結(jié)果，在論文中引做比較。在例子中，與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相比較，單一目標(biāo)優(yōu)化方法有其優(yōu)勢(shì)。最高變形減少了57.5 ％，均勻變形增強(qiáng)了60.4 ％。最高夾緊力的值也減少了49.4 ％ 。從多目標(biāo)優(yōu)化方法和單目標(biāo)優(yōu)化方法的比較中可以得出什么呢？最大變形減少了50.2％ ，均勻變形量增加了52.9 ％，最高夾緊力的值減少了69.6 ％ 。加工表面沿刀具軌跡的變形分布如圖9所示。很明顯，在三種方法中，多目標(biāo)優(yōu)化方法產(chǎn)生的變形分布最均勻。
與結(jié)果比較，我們確信運(yùn)用最佳定位點(diǎn)分布和最優(yōu)夾緊力來減少工件的變形。圖10示出了一實(shí)例夾具的裝配。
圖9沿刀具軌跡的變形分布
圖10 夾具配置實(shí)例
6 結(jié)論
本文介紹了基于GA和有限元的夾具布局設(shè)計(jì)和夾緊力的優(yōu)化程序設(shè)計(jì)。優(yōu)化程序是多目標(biāo)的：最大限度地減少加工表面的最高變形和最大限度地均勻變形。ANSYS軟件包已經(jīng)被用于
健身價(jià)值的有限元計(jì)算。對(duì)于夾具設(shè)計(jì)優(yōu)化的問題，GA和有限元分析的結(jié)合被證明是一種很有用的方法。
在這項(xiàng)研究中，摩擦的影響和碎片移動(dòng)都被考慮到了。為了減少計(jì)算的時(shí)間，建立了一個(gè)染色體的健身數(shù)值的數(shù)據(jù)庫，且網(wǎng)狀工件的有限元模型是優(yōu)化過程中多次使用的。
傳統(tǒng)的夾具設(shè)計(jì)方法是單一目標(biāo)優(yōu)化方法或經(jīng)驗(yàn)。此研究結(jié)果表明，多目標(biāo)優(yōu)化方法比起其他兩種方法更有效地減少變形和均勻變形。這對(duì)于在數(shù)控加工中控制加工變形是很有意義的。
參考文獻(xiàn)
1、 King LS，Hutter（ 1993年） 自動(dòng)化裝配線上棱柱工件最佳裝夾定位生成的理論方法。De Meter EC (1995) 優(yōu)化機(jī)床夾具表現(xiàn)的Min - Max負(fù)荷模型。
2、 De Meter EC (1998) 快速支持布局優(yōu)化。Li B, Melkote SN (1999) 通過夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。
3、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對(duì)工件的定位精度的影響。
4、 Li B, Melkote SN (1999) 通過夾具布局優(yōu)化改善工件的定位精度。
5、 Li B, Melkote SN (2001) 夾具夾緊力的優(yōu)化和其對(duì)工件定位精度的影響。
6、 Li B, Melkote SN (2001) 最優(yōu)夾具設(shè)計(jì)計(jì)算工件動(dòng)態(tài)的影響。
7、 Lee JD, Haynes LS (1987) 靈活裝夾系統(tǒng)的有限元分析。
8、 Menassa RJ, DeVries WR (1991) 運(yùn)用優(yōu)化方法在夾具設(shè)計(jì)中選擇支位。
9、 Cai W, Hu SJ, Yuan JX (1996) 變形金屬板材的裝夾的原則、算法和模擬。
10、 Qin GH, Zhang WH, Zhou XL (2005) 夾具裝夾方案的建模和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
11、Deng HY, Melkote SN (2006) 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定裝夾中夾緊力最小值的確定。
12、Wu NH, Chan KC (1996) 基于遺傳算法的夾具優(yōu)化配置方法。
13、Ishikawa Y, Aoyama T(1996) 借助遺傳算法對(duì)裝夾條件的優(yōu)化。
14、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 一項(xiàng)關(guān)于空間坐標(biāo)對(duì)基于遺傳算法的夾具優(yōu)化問題的作用的調(diào)查。
15、Vallapuzha S, De Meter EC, Choudhuri S, et al (2002) 夾具布局優(yōu)化方法成效的調(diào)查。
16、Kulankara K, Melkote SN (2000) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的布局。
17、Kulankara K, Satyanarayana S, Melkote SN (2002) 利用遺傳算法優(yōu)化夾緊布局和夾緊力。
18、Lai XM, Luo LJ, Lin ZQ (2004) 基于遺傳算法的柔性裝配夾具布局的建模與優(yōu)化。
19、Hamedi M (2005) 通過一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法混合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能夾具。
20、Kumar AS, Subramaniam V, Seow KC (2001) 采用遺傳算法固定裝置的概念設(shè)計(jì)。
21、Kaya N (2006) 利用遺傳算法優(yōu)化加工夾具的定位和夾緊點(diǎn)。
22、Zhou XL, Zhang WH, Qin GH (2005) 遺傳算法用于優(yōu)化夾具布局和夾緊力。
23、Kaya N, ?ztürk F (2003) 碎片位移和摩擦接觸的運(yùn)用對(duì)工件夾具布局的校核。
62
摘 要
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是指利用計(jì)算機(jī)及其圖形裝置幫助設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)工作。以下簡(jiǎn)稱CAD。在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,計(jì)算機(jī)可以幫助設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)計(jì)算、信息存儲(chǔ)和圖紙等工作。經(jīng)常要使用電腦在不同的設(shè)計(jì)方案很多計(jì)算、分析和比較,確定最優(yōu)的解決方案,各種設(shè)計(jì)信息,不論是數(shù)字的、文字或圖形,可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存或CRT,并可以快速檢索,設(shè)計(jì)師經(jīng)常使用圖紙?jiān)O(shè)計(jì),草圖到施工圖的努力工作可以電腦完成。由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成的設(shè)計(jì)結(jié)果,可以快速作出圖形顯示,使設(shè)計(jì)人員及時(shí)判斷設(shè)計(jì)和修改;利用計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可以減少設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng),縮短設(shè)計(jì)周期,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。
本次設(shè)計(jì)主要的目的是：
1.綜合過去所學(xué)的理論知識(shí),提高聯(lián)系實(shí)際和綜合分析的能力.
2.訓(xùn)練和提高設(shè)計(jì)的基本技能.如計(jì)算、應(yīng)用設(shè)計(jì)資料、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等.
3.培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)課的知識(shí)，分析和解決工程技術(shù)問題的工作能力。
4.鞏固、深化和擴(kuò)大學(xué)生所學(xué)基本理論、基本知識(shí)和基本技能。
5.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)精神，樹立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)。
6.對(duì)減速器進(jìn)行理論設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸要求利用CAD進(jìn)行裝配圖制作；這是基于CAD的一種新型的、先進(jìn)的零件設(shè)計(jì)，在實(shí)際中具有高效、優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn)。
在本設(shè)計(jì)中,我們所做的所有的二級(jí)減速器設(shè)計(jì)過程,獲取大量的數(shù)據(jù)在此過程中,計(jì)算了減速器的各個(gè)數(shù)據(jù)參數(shù),其次我們做的是減速機(jī)的實(shí)體建模,使用AutoCAD強(qiáng)大的編輯功能,可以移動(dòng),復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、陣列,伸展,
修剪,擴(kuò)展對(duì)象,等。應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)的巨大的優(yōu)勢(shì),作為一個(gè)先鋒在當(dāng)今集成CAD / CAM軟件,我們也理解其強(qiáng)大的功能和便捷。
關(guān)鍵字： 減速器; CAD; 裝配圖及零件圖的制作; 數(shù)控加工
Abstract
(computer aided design) refers to the use of computers and graphics device to help loading the product design and engineering, computer can help design calculation, information storage and drawings, etc. Different design often requires a computer calculation, analysis and comparison, to determine the optimal scheme, the design of digital information, text, graphics, or can be stored in the computer's memory, and based on the partition, or fast retrieval, designers often use sketches, hard work can complete the computer will start to design sketch, the design of the computer automatically generated as a result, you can quickly make a graphical display, enable designers to design decisions and changes, using the computer can carry out with the graphic editor, amplification, narrow, translation and rotation of graphics data processing and other computer aided design personnel can reduce labor, shorten the design cycle, improve design quality. Main aim is to:
1.integrated past theories knowledge, improve the comprehensive analysis and practical ability.
2. Training and improving the design of basic skills such as calculation and application. Design information, standards and specifications, etc.
3. To cultivate students' comprehensive use course and specialized course, the technical basis of knowledge, analyze and solve engineering technical problems of working ability.
4.consolidate, deepening and expanding the students learned the basic theories, basic knowledge and skills.
5.the cultivation of students' innovation ability and team spirit, good academic ideas and style of work.
6. According to the theory of gear reducer design, and on this basis, according to the size of the design requirements by using CAD assembly.
Key words: reducer； CAD； assembly and detail drawing
目 錄
第一章 題目分析及傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 1
1.1 課題內(nèi)容及分析要求 1
1.2 傳動(dòng)方案的擬定及說明 2
第二章 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) 3
2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 3
2.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 5
2.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 6
2.4 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算 9
第三章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 14
3.1 高速軸Ⅰ設(shè)計(jì) 14
3.2 軸Ⅱ的設(shè)計(jì)計(jì)算（中間軸的計(jì)算） 15
3.3 軸Ⅲ的設(shè)計(jì)計(jì)算（低速軸的計(jì)算） 17
3.4 軸的校核計(jì)算 18
3.5 高速軸的疲勞強(qiáng)度校核 21
第四章 鑄件減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算表及附件的選擇 24
4.1鑄件減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算表 24
第五章 標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)與選用 25
5.1 鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算 25
5.2 滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算 25
5.3 聯(lián)軸器的選擇與計(jì)算 28
5.4 潤滑與密封(潤滑與密封方式的選擇、潤滑劑的選擇) 29
5.5 減速器附件的選擇及說明 29
參考文獻(xiàn) 31
致謝 32
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 題目分析及傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
第1章 題目分析及傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
1.1 課題內(nèi)容及分析要求
1.1.1 二級(jí)圓柱齒輪減速器
圖1-1
設(shè)計(jì)的原始資料及依據(jù)
原始數(shù)據(jù)：
運(yùn)輸帶牽引力F = 2500（N）
運(yùn)輸帶速度 V = 1.30（m/s）
傳動(dòng)滾筒直徑 D = 300（㎜）
工作條件：
輕微的震動(dòng),連續(xù)單向操作工作傳送帶速度允許誤差為正負(fù)5%,單一的輪班,
使用10年(一年300天工作日),小批量生產(chǎn)。
1.1.2 設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容及要求
（1） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
初步確定了總體結(jié)構(gòu)方案（畫出傳輸分析圖),外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
齒輪與傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（完成總裝配圖A0一張，重要零件工作圖不少于2張）。
（2） 主要零件力學(xué)分析
對(duì)主要零件傳動(dòng)軸進(jìn)行力學(xué)分析及強(qiáng)度校核。
（3） 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書
設(shè)計(jì)任務(wù)、目錄、傳動(dòng)設(shè)計(jì)（傳動(dòng)系統(tǒng)圖要規(guī)范）、主要零件計(jì)算、重要結(jié)構(gòu)
的選擇分析、參考文獻(xiàn)（序號(hào)、作者、書名、出版社及年月）等。
對(duì)設(shè)計(jì)說明書、論文撰寫內(nèi)容、格式、字?jǐn)?shù)的要求:
按照學(xué)院要求格式，字?jǐn)?shù)不少于1.5萬字。
項(xiàng)目完成后的結(jié)果應(yīng)提交類型、數(shù)量、質(zhì)量要求:
二維總裝圖、零件圖設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1份、開題報(bào)告一份。
1.2傳動(dòng)方案的擬定及說明
二級(jí)減速器的傳動(dòng)方案(包括皮帶輪減速和兩級(jí)圓柱齒輪減速器),說明如下:
為了估計(jì)總傳動(dòng)比范圍,以選擇合適的驅(qū)動(dòng)機(jī)制和提出傳輸方案,可以通過
已知的條件下,計(jì)算第一驅(qū)動(dòng)滾筒的速度，即
（1-1）
作為原動(dòng)機(jī),一般選擇電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速,因此傳動(dòng)裝置共有16 - 160個(gè)。根據(jù)
總傳動(dòng)比價(jià)值,規(guī)范提供的傳輸方案可用于添加二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)皮帶輪傳輸。
33
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)
第2章 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)
2.1電動(dòng)機(jī)的選擇
2.1.1 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式
根據(jù)工作的要求和工作條件,選擇通用Y112M - 4系列三個(gè)異步電動(dòng)機(jī),它是
橫向密封結(jié)構(gòu)。
2.1.2電動(dòng)機(jī)容量
（1) 卷筒軸的輸出功率： (2-1)
（2) 電動(dòng)機(jī)輸出功率： (2-2)
傳動(dòng)裝置的總效率： (2-3)
式中，為從電動(dòng)機(jī)至卷筒軸之間的各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸承的效率。
由表2-4查得：彈性聯(lián)軸器；滾子軸承；圓柱齒輪傳動(dòng)；
V帶傳動(dòng)、=0.96
則，即
故 ，即
2.1.3 電動(dòng)機(jī)額定功率
由[1]表20-1選取電動(dòng)機(jī)額定功率
2.1.4 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
為了便于選擇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，先推算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍。由任務(wù)書中推薦減速
裝置傳動(dòng)比范圍i=(8-40)，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為：
(2-4)
可見只有同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的電動(dòng)機(jī)均符合。選定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y112M--4，主要性能如下表：
性能表
電機(jī)型號(hào)
額定功率
滿載轉(zhuǎn)速
起運(yùn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
Y112M--4
4.0KW
1440r/min
2.2 N m
2.3N m
2.1.5 傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)
（1） 計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比并分配傳動(dòng)比
? 總傳動(dòng)比=n/nw17.39（符合16<<160），則=17.39
? 分配傳動(dòng)比，則二級(jí)展開式圓柱齒輪減速器總傳動(dòng)比=(2-5)
其中二級(jí)減速器中：
高速級(jí)齒輪傳動(dòng)比，則=3.489 (2-6)
低速級(jí)齒輪傳動(dòng)比，則=2.492
2.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
2.2.1 各軸轉(zhuǎn)速
減速器傳動(dòng)裝置各軸從高速軸至低速軸依次編號(hào)為：Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸。
各傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為：
(2-7)
2.2.2各傳動(dòng)軸輸入功率：
按電動(dòng)機(jī)所需功率計(jì)算各軸輸入功率，即
2.2.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩T(N?m)
計(jì)算結(jié)果匯總表
項(xiàng)目
電動(dòng)機(jī)
高速軸Ⅰ
中間軸Ⅱ
低速軸Ⅲ
N轉(zhuǎn)速（r/min）
1440
720
55.21
55.21
P功率（kW）
4.0
3.78
3.63
3.49
轉(zhuǎn)矩T(N?m)
50.14
249.9
603.7
591.7
i傳動(dòng)比
2
3.489
2.492
效率
0.96
0.96
0.96
2.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
2.3.1 確定計(jì)算功率P
據(jù)[2]表13-8查得工作情況系數(shù)K=1.1。故有：
P=KP，即Pc =4.158kw （2-8）
2.3.2 選擇V帶帶型
據(jù)Pc和n由[2]圖13-15選用A帶。
2.3.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d并驗(yàn)算帶速
（1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑有表13-9，取小帶輪直徑=100mm，驗(yàn)算帶速v
m/s （2-9）
即v=7.54m/s
因?yàn)?.54m/s在5m/s~25m/s之間，故帶速合適。
i=3.11
（2）計(jì)算大帶輪基準(zhǔn)直徑
取=200mm （2-10）
2.3.4 確定V帶中心距a和基準(zhǔn)長度Ld
（1）初定中心距
a=1.5(+)=1.5(100+200)=450mm （2-11）
取a=450mm，即a=450mm
（2）計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度
=1377mm （2-12）
選帶基準(zhǔn)長度L=1400（mm）
即L=1400（mm）
（3）計(jì)算實(shí)際中心距
=461.5mm （2-13）
即a=765mm
2.3.5 驗(yàn)算小帶輪上的包角
即= （2-14）
2.3.6 計(jì)算帶的根數(shù)z
(1) 計(jì)算單根V帶的額定功率P
由和r/min查表13-3得
P=1.32（KW）
據(jù)n=1440，i==1.96和A型帶，查13-5得
P=0.15（KW）
K=0.98，K=0.96，于是：
P=(P+P)KK=1.154（KW）
(2) 計(jì)算V帶根數(shù)z
（2-15）
即Z=4，故取4根。
2.3.7 計(jì)算單根V帶的初拉力最小值（F）
由表13-1得A型帶的單位長質(zhì)量q=0.1（）
所以
=113（N）
即=113（N）
2.3.8 計(jì)算壓軸力F
壓軸力為：
=2Fsin=24113sin167.6°/2=899（N）即（F）=899（N）
2.4傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.4.1 高速級(jí)齒輪
（1）選擇材料熱處理方式
根據(jù)工作條件與已知條件知減速器采用閉式軟齒面
計(jì)算說明 (HB<=350HBS),8級(jí)精度,查表10-1得
小齒輪 40MnB 調(diào)質(zhì)處理 HB1=241~286HBS
大齒輪 2G310-570正火 HB2=165~197HBS
（2）齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
取小齒輪z1=30，則z2=30x3.489=105，取=105
（2-16）
確定公式中的各計(jì)算數(shù)值
a.因?yàn)辇X輪分布非對(duì)稱，載荷比較平穩(wěn)綜合選擇Kt=1.5
b.由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)Zh=1.5
c.計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩:。確定需用接觸應(yīng)力
d.由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=188MPa
e.由圖10-2查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
因?yàn)檐淉X面閉式傳動(dòng)常因點(diǎn)蝕而失效,故先按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式確定傳
動(dòng)的尺寸,然后驗(yàn)算輪齒的彎曲強(qiáng)度,查表9-5得齒輪接觸應(yīng)力=730MPa大
齒輪的為=280MPa
（3）計(jì)算
①計(jì)算圓周速度:
V=лn1/60000=3.25m/s （2-17）
②試算小齒輪分度圓直徑
≥ （2-18）
=mm=86.mm
③計(jì)算齒寬B及模數(shù)
B=φd=0.8x86.2mm=68.69mm
=/=2.87mm，則取m=3
④計(jì)算載荷系數(shù)
查表11-6，載荷系數(shù)
⑤計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
齒形系數(shù)：，
（4）由[1]圖10-5查得
由表10-5 查得
由圖10-20C但得=254.5 MPa =408 MPa
計(jì)算齒輪疲勞應(yīng)力,得:
=12.03 MPa
=11.7 MPa，即安全
（5）計(jì)算齒數(shù)：故取=30，則==105，取
（6）計(jì)算中心距
取a1=202mm （2-20）
計(jì)算大小齒輪分度圓直徑
=Zm=90；=105x3=315
（7）確定齒寬
取 （2-21）
2.4.2 低速級(jí)齒輪
（1）選擇材料熱處理方式（與前一對(duì)齒輪相同）
（2）取小齒輪=30，則==75 取=75，
（3）按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算:
（2-22）
確定公式中的各計(jì)算數(shù)值
a.因?yàn)辇X輪分布對(duì)稱，載荷比較平穩(wěn)綜合選擇K=1.3
b.由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)
c.計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩:
確定需用接觸應(yīng)力
d.由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=188MPa
e.由圖10-2查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
因?yàn)檐淉X面關(guān)閉傳輸失敗由于點(diǎn)腐蝕，通常首先按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式的
大小，然后驗(yàn)算輪齒的彎曲強(qiáng)度,查表9-5得齒輪接觸應(yīng)力=730MPa大
齒輪的為=280MPa。
（4）計(jì)算
①圓周速度:
V=лn1/60000=1.19（m/s）
②試算小齒輪分度圓直徑,
≥
=mm=165.4（mm）
③計(jì)算齒寬b
B=φd=0.8X165.4=132.32（mm）
a 由表11-3分別查得: 載荷系數(shù) K=1.3
④計(jì)算模數(shù)
= /=5.51mm
（5）按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式10-17
a上式中
b計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
齒形系數(shù)：，
由[1]圖11-8查得
c計(jì)算彎曲疲勞應(yīng)力:由11-5得
=269MPa
=255 MPa，則安全
直徑=70.48mm來計(jì)算應(yīng)有的數(shù),于是有取2.5mm 則
d中心距
，取=289mm
e計(jì)算大小齒輪分度圓直徑
=165mm;=412.5mm
f齒寬取
齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，（略）配合后面軸的設(shè)計(jì)而定。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
第三章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1高速軸Ⅰ設(shè)計(jì)
（1） 按齒輪軸設(shè)計(jì)，軸的材料取與高速級(jí)小齒輪材料相同，40MnB，調(diào)質(zhì)處理，
查表15-31，取C=107
（2）初算軸的最小直徑
（3-1）
高速軸Ⅰ為輸入軸，最小直徑處跟V帶輪軸孔直徑。因?yàn)閹л嗇S上有鍵槽，
故最小直徑加大5%，=19.53mm。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表22-1-17查得
帶輪軸孔有20，22，24，25，28等規(guī)格，故取=20mm
高速軸工作簡(jiǎn)圖如圖3-1所示
圖3-1
①各部分?jǐn)?shù)據(jù)的確定
首先確定個(gè)段直徑
A段：=20mm 有最小直徑算出）
B段：=25mm，根據(jù)油封標(biāo)準(zhǔn)，選擇氈圈孔徑為25mm的
C段：=30mm，與軸承（圓錐滾子軸承30206）配合，取軸承內(nèi)徑
D段：=36mm， 設(shè)計(jì)非定位軸肩取軸肩高度h=3mm
E段：=45.58mm，將高速級(jí)小齒輪設(shè)計(jì)為齒輪軸，考慮依據(jù)《課程設(shè)計(jì)指
導(dǎo)書》p116
G段： =30mm, 與軸承（圓錐滾子軸承30206）配合，取軸承內(nèi)徑
F段：=36mm, 設(shè)計(jì)非定位軸肩取軸肩高度h=3mm 則=20mm
第二、確定各段軸的長度
A段：=1.6*20=32mm,圓整取=30mm
B段：=54mm，考慮軸承蓋與其螺釘長度然后圓整取54mm
C段：=28mm, 與軸承（圓錐滾子軸承30206）配合,加上擋油盤長度（參
考《減速器裝配草圖設(shè)計(jì)》p24）=B+△3+2=16+10+2=28mm
G段：=29mm, 與軸承（圓錐滾子軸承30206）配合,加上擋油盤長度（參
F段：，=△2-2=10-2=8mm
E段：，齒輪的齒寬
D段：=96mm, 考慮各齒輪齒寬及其間隙距離，箱體內(nèi)壁寬度減去箱體內(nèi)
已定長度后圓整得=92mm軸總長L=313mm
兩軸承間距離（不包括軸承長度）S=194.5mm，則L=310mm、S=194mm
3.2 軸Ⅱ的設(shè)計(jì)計(jì)算（中間軸的計(jì)算）
（1） 按齒輪軸設(shè)計(jì)，軸的材料取與高速級(jí)小齒輪材料相同，40Cr，調(diào)質(zhì)處理，
（2） 初算軸的最小直徑
（3-2）
因?yàn)閹л嗇S上有鍵槽，故最小直徑加大6%，=27.325mm。根據(jù)減速器的結(jié)構(gòu)，軸Ⅱ的最小直徑應(yīng)該設(shè)計(jì)在與軸承配合部分，初選圓錐滾子軸承30206，故取=30mm。則軸Ⅱ的設(shè)計(jì)圖如下：
圖3-2
①各部分?jǐn)?shù)據(jù)的確定
首先，確定各段的直徑
A段:=30mm,與軸承（圓錐滾子軸承30206）配合
F段：=30mm，與軸承（圓錐滾子軸承30206）配合
E段：=38mm，非定位軸肩
B段：=48mm, 非定位軸肩，與齒輪配合
C段：=64.94mm, 齒輪軸上齒輪的分度圓直徑
D段：=50mm, 定位軸肩
然后確定各段距離：
A段： =29mm, 考慮軸承（圓錐滾子軸承30207）寬度與擋油盤的長度
B段：=8mm,根據(jù)軸齒輪到內(nèi)壁的距離及其厚度
C段：=135mm,根據(jù)齒輪軸上齒輪的齒寬
E段：=43mm, 根據(jù)高速級(jí)大齒輪齒寬減去2mm（為了安裝固定）
F段：=41.5mm，考慮了軸承長度與箱體內(nèi)壁到齒輪齒面的距離
D段：=9.5mm,由軸Ⅰ得出的兩軸承間距離（不包括軸承長度）S=234mm減去
已知長度
3.3 軸Ⅲ的設(shè)計(jì)計(jì)算（低速軸的計(jì)算）
輸入功率P=3.49KW,轉(zhuǎn)速n =55.21r/min,T=192.3829Nm
軸的材料選用40Cr（調(diào)質(zhì)），可由表15-3查得=100
所以軸的直徑: =39.65mm。因?yàn)檩S上有兩個(gè)鍵槽，故最小直徑加大
12%，=44.408mm。
由表13.1(機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書)選聯(lián)軸器型號(hào)為LH3
軸孔的直徑=45mm長度L=84mm，則=45mm
軸Ⅲ設(shè)計(jì)圖 如下：
圖3-3
首先，確定各軸段直徑
A段: =45mm, 與軸承（圓錐滾子軸承30211）配合
B段: =60mm,非定位軸肩,h取2.5mm
C段: =72mm,定位軸肩，取h=6mm
D段: =68mm, 非定位軸肩，h=6.5mm
E段: =55mm, 與軸承（圓錐滾子軸承30211）配合
F段: =60mm,按照齒輪的安裝尺寸確定
G段: =45mm, 聯(lián)軸器的孔徑
然后、確定各段軸的長度
A段: =46.5mm,由軸承長度，△3，△2，擋油盤尺寸
B段: =68mm，齒輪齒寬減去2mm，便于安裝
C段: =10mm, 軸環(huán)寬度，取圓整值
根據(jù)軸承（圓錐滾子軸承30212）寬度需要
D段: =57.5mm,由兩軸承間距減去已知長度確定
E段: =33mm, 由軸承長度，△3，△2，擋油盤尺寸
F段: =65mm, 考慮軸承蓋及其螺釘長度，圓整得到
G段: =84mm,聯(lián)軸器孔長度
3.4 軸的校核計(jì)算
1.第一根軸:
求軸上載荷
已知：
設(shè)該齒輪軸齒向是右旋
由材料力學(xué)知識(shí)可求得
水平支反力:
垂直支反力:
合成彎矩：
由圖可知,危險(xiǎn)截面在C右邊
W=0.1=9469
=/W=14.49MPa<70MPa
軸材料選用40Cr，查手冊(cè)，符合強(qiáng)度條件
2.第二根軸：
求軸上載荷
已知：
設(shè)該齒輪軸齒向兩個(gè)都是左旋
由材料力學(xué)知識(shí)可求得
水平支反力:
垂直支反力:
合成彎矩
由圖可知,危險(xiǎn)截面在B右邊
W=0.1=33774 （3-3）
=/W=5.98MPa<70MPa
軸材料選用40Cr，查手冊(cè)，符合強(qiáng)度條件
3.第三根軸:
求軸上載荷
已知：
設(shè)該齒輪齒向是右旋
由材料力學(xué)知識(shí)可求得
水平支反力:
垂直支反力:
合成彎矩
由圖可知,危險(xiǎn)截面在B右邊
算得W=19300
=/W=19.77MPa<70MPa （3-4）
軸材料選用40Cr，查手冊(cè)
3.5 高速軸的疲勞強(qiáng)度校核
第一根軸結(jié)構(gòu)如下：
圖3-4
（1）判斷危險(xiǎn)截面
在A-B軸段內(nèi)只受到扭矩的作用，又因?yàn)閑<2m 高速軸是齒輪軸，軸的最小
直徑是按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕是確定的，所以A-B內(nèi)均無需疲勞強(qiáng)度校核。
應(yīng)力集中的疲勞強(qiáng)度的影響,E和E l部分段落對(duì)截面的齒輪軸嚙合區(qū)域,導(dǎo)
致最嚴(yán)重的應(yīng)力集中,截面E左端面的最大壓力。但由于齒輪和軸應(yīng)力條件
同樣的材料是一樣的,所以只是對(duì)E段截面檢查。
（2）截面右側(cè)：
抗彎截面系數(shù) （3-5）
抗扭截面系數(shù) （3-6）
左截面上的扭矩T3為 （3-7）
截面上的彎曲應(yīng)力 （3-8）
截面上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 （3-9）
軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得
截面上理論應(yīng)力系數(shù)
經(jīng)查之為：；
又由附圖3-1可查取軸的材料敏性系數(shù)；
故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式（附表3-4）為：
（3-10）
皺眉表面硬化處理后，即，得到的綜合系數(shù)為：
（3-11）
由附圖3-2的尺寸系數(shù)
由附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為
軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為：；
又由§3-1及§3-2得到40Cr的特性系數(shù)
則界面安全系數(shù)：
（3-12）
故可知道其右端面安全；
同理可知，E段左端面校核為：
抗彎截面系數(shù) （3-13）
抗扭截面系數(shù) （3-14）
截面IV上的扭矩T3為 （3-15）
截面上的彎曲應(yīng)力 （3-16）
截面上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 （3-17）
由表15-1查得：
又由附圖3-1可查取軸的材料敏性系數(shù)；
由附表3-8用插值法查得：
軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為：；
；
（3-18）
又由§3-1及§3-2得到40Cr的特性系數(shù)
則界面安全系數(shù)：
（3-19）
故E段左端截面的左端面都安全
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 鑄件減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算表及附件的選擇
第四章 鑄件減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算表及附件的選擇
4.1 鑄件減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算表
名稱
符號(hào)
減速器及其形式關(guān)系
機(jī)座壁厚
δ
0.025a+3mm=10.2mm,取10mm
機(jī)蓋壁厚
δ1
0.02a+3=8.78mm,
機(jī)座凸緣厚度
b
1.5δ=15.3mm
機(jī)蓋凸緣厚度
b1
1.5δ=13.17mm
機(jī)座底凸緣厚度
p
2.5δ=25.5mm取30mm
地腳螺釘直徑
df
0.036a+12=22.4mm取22mm
地腳螺釘數(shù)目
n
n=6
軸承旁連接螺栓直徑
d1
0.75df=16.8mm取18mm
機(jī)蓋與機(jī)座連接螺栓直徑
d2
(0.5~0.6)df=11.2m取12mm
連接螺栓d2的間距
l
150mm
軸承端蓋螺釘直徑
d3
(0.4~0.5)df=8.96mm取M10
窺視孔蓋螺釘直徑
d4
(0.3~0.4)df=6.72mm取M8
定位銷直徑
d
(0.7~0.8)df=7.84mm取M8
df、d2、d3至外機(jī)壁距離
c1
c1=18
d1、d2至凸緣邊緣距離
c2
c2=16
軸承旁凸臺(tái)半徑
R1
R1=C2=16
凸臺(tái)高度
h
外機(jī)壁至軸承座端面距離
L1
c1+c2+(5~8)=39
內(nèi)機(jī)壁至軸承座端面距離
L2
δ+c1+c2+(5~8)=49
大齒輪頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離
△1
≥1.2δ=12.24mm取14mm
齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離
△2
≥δ=8mm取10mm
機(jī)蓋、機(jī)座肋厚
m1,m
m1=m≈0.85δ1=6.46mm 取7mm
軸承端蓋外徑
D2
105
軸承端蓋凸緣厚度
e
(1~1.2)d3=8.96mm取12mm
軸承旁連接螺栓距離
s
s≈D2
。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)與選用
第五章 標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)與選用
5.1 鍵聯(lián)接的選擇及校核計(jì)算
Ⅰ軸上與電動(dòng)機(jī)相聯(lián)處鍵的校核
鍵A10×28，b×h×L=6×6×20 單鍵
鍵聯(lián)接的組成零件均為鋼，=125MPa
=125MPa，故滿足設(shè)計(jì)要求
Ⅱ軸上大齒輪處鍵
鍵 A12×25，b×h×L=10×8×36 單鍵
鍵聯(lián)接的組成零件均為鋼，=125MPa
，故滿足設(shè)計(jì)要求
Ⅲ軸上鍵
聯(lián)軸器處
采用鍵A，b×h×L=14×9×70 單鍵
滿足設(shè)計(jì)要求
聯(lián)接齒輪處的鍵
采用A型鍵A 單鍵
＝125Mpa，故滿足設(shè)計(jì)要求
5.2滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算
5.2.1 Ⅰ軸軸承
型號(hào)為30206的圓錐滾子軸承
（1）計(jì)算軸承的徑向載荷：
（2）計(jì)算軸承的軸向載荷 (查指導(dǎo)書p125) 30206圓錐滾子軸承的基本額定
動(dòng)載荷Cr=43.3KN,基本額定靜載荷Cor=50.5KW，e=0.37，Y=1.6
兩軸承派生軸向力為：
因?yàn)?
軸左移，左端軸承壓緊，右端軸承放松
、
（3）計(jì)算軸承1、2的當(dāng)量載荷,取載荷系數(shù)
因?yàn)?
因?yàn)椋?
所以取
（4）校核軸承壽命
按一年300個(gè)每日2班制的工作日.壽命18年.因此所選軸承適用。
5.2.2 Ⅱ軸軸承
（1） 計(jì)算軸承的徑向載荷：
（2）計(jì)算軸承的軸向載荷 (查指導(dǎo)書p125) 30206圓錐滾子軸承的基本
額定動(dòng)載荷Cr=43.3KN,基本額定靜載荷Cor=50.5KW，e=0.37，Y=1.6
兩軸承派生軸向力為：
因?yàn)?
軸右移，左端軸承放松，右端軸承壓緊
、
（3）計(jì)算軸承1、2的當(dāng)量載荷,取載荷系數(shù)
因?yàn)?
因?yàn)椋?
N
所以取
（4）校核軸承壽命
按一年300個(gè)單班制工作日.壽命14年.因此所選軸承適用。
5.2.3 Ⅲ軸軸承
（1）計(jì)算軸承的徑向載荷：
（2）計(jì)算出軸承的軸向載荷 (查指導(dǎo)書p125) 30211圓錐滾子軸承的基本
額定動(dòng)載荷Cr=90.8KN,基本額定靜載荷Cor=114KW，e=0.4，Y=1.5
兩軸承派生軸向力為：
因?yàn)?
軸右移，左端軸承放松，右端軸承壓緊
、
（3）計(jì)算軸承1、2的當(dāng)量載荷,取載荷系數(shù)
因?yàn)?
因?yàn)椋?
，所以取
（4）校核軸承壽命
按一年300個(gè)工作日,每天單班制.壽命15年.故所選軸承適用。
5.3 聯(lián)軸器的選擇與計(jì)算
軸的選擇,因?yàn)榉ㄌm連接,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,扭矩范圍大，等優(yōu)點(diǎn)，且常
用于載荷較平穩(wěn)的兩軸連接首先考慮此聯(lián)軸器聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算由于裝置用于
高速級(jí)傳動(dòng)，原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，故工作情況系數(shù)為.
（1） 告訴軸聯(lián)軸器的選擇：計(jì)算轉(zhuǎn)矩為 =9.45N*M =20mm查手冊(cè)選用凸
緣聯(lián)軸器GY3.
（2） 計(jì)算低速軸的聯(lián)軸器： 計(jì)算轉(zhuǎn)矩為=45mm 查手
冊(cè)算用凸緣聯(lián)軸器GYS6
5.4 潤滑與密封(潤滑與密封方式的選擇、潤滑劑的選擇)
油浸減速機(jī)的傳動(dòng)部位,減速器滾動(dòng)軸承采用油脂潤滑。
5.5 減速器附件的選擇及說明
（1） 窺視孔及其視孔蓋
為了控制零件的嚙合傳動(dòng),接觸點(diǎn),間隙,還要往箱體注入潤滑油,應(yīng)設(shè)置窺視
孔在箱體的合適位置。窺視孔安裝在上箱頂蓋可以直接觀察到齒輪嚙合區(qū)域。通
內(nèi)即可),以檢查齒輪嚙合情況。
（2） 通氣器
減速器工作時(shí)，箱體內(nèi)溫度上升，氣體膨脹，壓力變大，為了能使箱內(nèi)因受
熱膨脹的空氣能自由排出去，保持箱體內(nèi)外壓力平衡，使?jié)櫥脱胤窒涿婊蜉S伸
密封件等縫隙不滲漏，在箱體頂部設(shè)有通氣器。
（3）軸承蓋
固定軸的軸向位置和軸向載荷,軸承孔與軸承蓋封閉的兩端。軸承內(nèi)孔法蘭式
和嵌入式兩種,在圖中是法蘭類型軸承蓋,使用六角螺栓固定在箱體上;在軸承蓋
是透明的,過剩軸密封裝置安裝在透明的封面。
（4）定位銷
為了精確地加工軸承座孔，還要在每次拆裝箱蓋時(shí)依然保持軸承座孔制造加
工時(shí)的位置精度，應(yīng)在精加工軸承孔前，在箱蓋與箱座的連接凸緣上配裝配位銷。
圖中采用的是兩個(gè)定位圓的錐銷，安置在箱體縱向兩側(cè)連接邊緣上。箱體應(yīng)呈非
對(duì)稱布置，防止錯(cuò)裝。
（5）油面指示器
油池中,為檢查減速器表面高度,為了保持經(jīng)常有適當(dāng)?shù)挠?油池箱體一般是
方便觀察,油面穩(wěn)定的地方,提供油位指示器，圖中的指示期是油標(biāo)尺。
（6）放油螺塞
換油時(shí),為排放電石油和清潔劑,應(yīng)該在最低的盒子底部和油池最低位置設(shè)置
排水孔,通常用螺塞將放油口塞住,放油塞和身體結(jié)合面應(yīng)添加墊片防止泄漏。
（7）啟蓋螺釘
為了加強(qiáng)密封效果,通常在內(nèi)閣時(shí)組裝細(xì)分表面涂以硅酸鈉或密封劑,當(dāng)刪除
常常由于膠結(jié)緊密的困難。為這個(gè)職位通常在箱蓋法蘭連接,1 ~ 2個(gè)螺絲孔,旋
入啟發(fā)與圓柱方盒子或半盒螺絲。扭曲牧師盒螺絲蓋子可以抬高。牧師盒螺絲可
以一樣大小的螺栓法蘭連接。
（8）起吊裝置
圖在盒子里配備了兩圈,用來提升蓋,下法蘭鍛造結(jié)束的箱座四鉤,用于提升
整個(gè)減速器。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
[1]孫桓,陳作模,葛文杰.機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社,2006：66-79.
[2]濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2006:20-58.
[3]任濟(jì)生、唐道武、馬可新.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].北京:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2008:30-69.
[4]左宗義,馮開平.畫法幾何與機(jī)械制圖[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2001:18-39.
[5]劉鋒,禹奇才.工程力學(xué)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2002:15-39.
[6] 辛棟,劉艷龍,謝龍漢.AutoCAD2009機(jī)械制圖實(shí)例圖解[M].清華大學(xué)出版社, 2008:58-95.
[7] 北京市計(jì)算機(jī)繪圖教育研究中心.AutoCAD中文版機(jī)械制圖教程[M].上?？茖W(xué)普及出版社, 2006:46-78.
[8]徐鋼濤.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社2007:36-58.
[9]吳宗澤,羅圣國.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:高教出版社,2006:38-69
[10]徐灝,邱宣懷,蔡春源.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械設(shè)計(jì)工業(yè)出版社,1991:17-38.
[11]李洪主.實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M];遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1999:76-98.
[12]李立斌.工程力學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008:27-37.
[13]溫松明.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].湖南大學(xué)出版社,1998:9-46.
[14]孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社,1992:25-48.
[15]李益明.機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社,1993:15-61.
致謝
這么快就畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束,感覺設(shè)計(jì)給我們帶來了很多的收獲,開始接受任務(wù)要求時(shí),我覺得壓力很大,但這種感覺很快就消失了,因?yàn)楹芸炀驮诤罾蠋煹膸椭伦?有了自己的設(shè)計(jì)思路,在這里我要感謝侯老師給了我最及時(shí)的指導(dǎo),我不確定自己的設(shè)計(jì)有多好,但我肯定這是我付出后才收獲的果實(shí)。
在設(shè)計(jì)的過程中,遇到各種波折,數(shù)據(jù)錯(cuò)了,一半照片發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)有點(diǎn)小錯(cuò)誤,等等,但在一個(gè)無助的變化,觀察正確的圖,驕傲和滿意是不言而喻的,各種各樣的小知識(shí)在設(shè)計(jì)的過程中,老師談到了印像是真的不記得了,立刻感覺到有時(shí)在課堂上不仔細(xì)聽老師講課的后果,但我能夠通過一些參考文獻(xiàn)把不知道的弄明白，了解整個(gè)設(shè)計(jì)，感覺最重要的是認(rèn)真,在圖紙和計(jì)算數(shù)據(jù)的過程中,每一個(gè)小錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致所有的崩潰。這次課程設(shè)計(jì)老師最常說的是到了工作,領(lǐng)導(dǎo)吩咐的任務(wù)怎么困難都要完成,三個(gè)星期的課設(shè),我不知道有多少個(gè)熬夜的晚上，仿佛再次回到了高三的感覺,但是當(dāng)這一切都完成后覺得值得,因?yàn)槲铱梢宰院赖卣f,這是我的成果。萬分感謝侯老師的細(xì)心指導(dǎo)與幫助。
收藏