基于ANSYS的人字架的優(yōu)化設(shè)計方案

1 基于 人字架的優(yōu)化設(shè)計方案 字架應(yīng)用 由于人字架的特殊結(jié)構(gòu)特點，使其在現(xiàn)代的生活中占據(jù)著重要的地位，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)中，人字架的應(yīng)用非常廣泛。例如，塔吊的主要構(gòu)件之一就是人字架，它與轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)構(gòu)成了塔吊臂架系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)。如下圖 1示。 圖 1吊 人字架也應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，尤其是在一些飛機上，人字架的作用極其重要，如下圖1示。 圖 1機 2 在我們的日常生活中，人字架也是隨處可見的。比如人字架梯子、屋頂、番茄架，電線桿，還有著名的天津摩天輪，人字架也是采用人字結(jié)構(gòu)作為基本支承的。如圖 1 圖 1件的簡介 件的功能 熱分析 結(jié)構(gòu)分析 電磁分析 流體分析（ 耦合場分析 多物理場 聲場分析 壓力分析 優(yōu)化設(shè)計 3 件的特點 1、 、分析 、 求解以及多 次 分析中數(shù)據(jù)庫相統(tǒng)一的有限元分析。 2、 載與求解和分析結(jié)果輸出。 3、 4、 5、 6、 作站到大型計算機乃至巨型計算機的所有硬件平臺， 且用戶界面是統(tǒng)一的。 7、 作站到大 型 計算機乃至巨型計算機的所有硬件平臺上的數(shù)據(jù)文件兼容。 8、 大多數(shù) 9、 10、 11、 種類的計算分析模塊。 12、 通用有限元分析軟件。 化設(shè)計概述 任何一項工程或一個產(chǎn)品的設(shè)計都需要根據(jù)設(shè)計要求，合理選擇方案，確定各種參數(shù)，以期達到最佳設(shè)計目的，比如重量輕、材料省、成本低、性能好、承載能力高等特點。為此，用 基本 手段 有限元法和優(yōu)化技術(shù)并將兩者有機的結(jié)合起來，在對結(jié)構(gòu)進行工程分析得到可行設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，對其進行進一步的優(yōu)化設(shè)計，從結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化到設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化選擇，通過這一過程，可以提高產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)指標，并滿足結(jié)構(gòu)輕量化的目標。 化設(shè)計中的基本概念 在優(yōu)化設(shè)計中，我們用到一些名詞：設(shè)計變量，狀態(tài)變量，目標函數(shù)，合理和不合理的設(shè)計，分析文件，迭代，循環(huán)，設(shè)計序列等。 1、設(shè)計變量（ 自變量，優(yōu)化結(jié)果的取得就是通過改變設(shè)計變量的數(shù)值來實現(xiàn)的。每個設(shè)計變量都有上下限，它定義了設(shè)計變量 的變化范圍。 4 2、狀態(tài)變量（ 約束設(shè)計的數(shù)值。它們是“因變量”，是設(shè)計變量的函數(shù)。狀態(tài)變量可能會有上下限，也可能只有單方面的限制，即只有上限或只有下限。 3、目標函數(shù)（ 要盡量減小的數(shù)值。它必須是設(shè)計變量的函數(shù)，也就是說，改變設(shè)計變量的數(shù)值將改變目標函數(shù)的數(shù)值。在 化程序中，只能設(shè)定一個目標函數(shù)。 4、設(shè)計變量，狀態(tài)變量和目標函數(shù)總稱為優(yōu)化變量。在 化中，這些變量是由用戶定義的參數(shù)來指定的。用戶必須指出在參數(shù)集中哪些是設(shè)計變量，哪些是狀態(tài)變量，哪些 是目標函數(shù)。 5、一個合理的設(shè)計是指滿足所有給定的約束條件（設(shè)計變量的約束和狀態(tài)變量的約束）的設(shè)計。如果其中任一約束不被滿足，設(shè)計就被認為是不合理的。而最優(yōu)設(shè)計是既滿足所有的約束條件又能得到最小目標函數(shù)值的設(shè)計。 6、分析文件是一個 命令流輸入文件，包括一個完整的分析過程（前處理、求解、后處理）。它必須包含一個參數(shù)化的模型，用參數(shù)定義模型并指出設(shè)計變量、狀態(tài)變量和目標函數(shù)。由這個文件可以自動生成優(yōu)化循環(huán)文件（ 并在優(yōu)化中計算循環(huán)處理。 7、一次循環(huán) 指一個分析周期（可以理解為執(zhí)行一次文件分析）。最后一次循環(huán)的輸出存儲在文件 。優(yōu)化迭代（或僅僅是迭代過程）是產(chǎn)生新的設(shè)計序列的一次或多次分析循環(huán)。一般來說，一次迭代等同于一次循環(huán)。但對于一階方法，一次迭代代表多次循環(huán)。 8、設(shè)計序列是指確定一個特定模型的參數(shù)的集合。一般來說，設(shè)計序列由優(yōu)化變量的數(shù)值來確定的，但所有的模型參數(shù)（包括不是優(yōu)化變量的參數(shù)）組成了一個設(shè)計序列。優(yōu)化數(shù)據(jù)庫記錄當(dāng)前的優(yōu)化環(huán)境，包括優(yōu)化變量定義，參數(shù)，所有優(yōu)化設(shè)定，和設(shè)計序列集合。該數(shù)據(jù)庫可以存儲，也可以隨 時讀入優(yōu)化處理器。分析文件必須作為一個單獨的實體存在，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫不是 型數(shù)據(jù)庫的一部分。共有兩種方法實現(xiàn)化設(shè)計：批處理方法和通過 互式地完成。 化設(shè)計的步驟 件中優(yōu)化設(shè)計的過程如下圖 1示： 5 圖 1化設(shè)計的過程 （ 1）其中生成循環(huán)所用的文件必須包括整個分析的過程，而且必須滿足以下條件： 參數(shù)化建立模型（ 求解（ 提取并指定狀態(tài)變量和目標函數(shù)（ 。 （ 2）在 據(jù)庫里建立與分析文件中變量相對應(yīng)的參數(shù)。這一步是標準的做法，但不是必須的（ （ 3）進入 定分析文件（ （ 4）聲明優(yōu)化變量。 （ 5）選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法。 （ 6）指定優(yōu)化循環(huán)控制方式。 （ 7）進行優(yōu)化分析。 （ 8）查看設(shè)計序列結(jié)果（ 后處理（ 具體的優(yōu)化設(shè)計過程如下： 1、分析文件的生成 分析文件生成是 化設(shè)計過程中的關(guān)鍵部分。 序運用分析文件 6 構(gòu)造循環(huán)文件，進行循環(huán)文件。分析文件中可以包括 供的任意分析類型（結(jié)構(gòu)，熱，電磁等，線性或非線性） 在分析文件中，模型的建立必須是參數(shù)化的（通常是優(yōu)化變量為參數(shù)），結(jié)果也必須用參數(shù)來提?。ㄓ糜跔顟B(tài)變量和目標函數(shù)）。優(yōu)化設(shè)計中也只能使用參數(shù)數(shù)值。 建立分析文件有兩種方法：用系統(tǒng)編輯器逐行輸入；交互式地完成分析，將 件作為基礎(chǔ)建立分析。不論采用哪種方法，分析文件需要包括的內(nèi)容都是一樣的。 1）參數(shù)化建立模型 用設(shè)計變量作為參數(shù)建立模型 的工作是在 完成的。 以對設(shè)計的任何方面進行優(yōu)化：尺寸，形狀，材料性質(zhì)，支撐位置，所加載荷等，唯一要求就是將其參數(shù)化。 設(shè)計變量可以在程序的任何部分初始化，一般是在 定義。這些變量的初值只是在設(shè)計計算的開始用得到，在優(yōu)化循環(huán)過程中會被改變。 2）求解 求解器用于定義分析類型和分析選項，施加載荷，指定載荷步，完成有限元計算。分析中所用到的數(shù)據(jù)都要指出：凝聚法分析中的主自由度，非線性分析中的收斂準則，諧波分析中的頻率范圍等。載荷和邊界條件也可以作為設(shè)計變量。 3）參數(shù)化提取結(jié)果 在本歩中，提取結(jié)果并賦值給相應(yīng)的參數(shù)。這些參數(shù)一般為狀態(tài)變量和目標函數(shù)。提取數(shù)據(jù)的操作用 *令實現(xiàn)。通常用 完成本步操作，特別是涉及到數(shù)據(jù)的存儲，加減或其他操作。 4）分析文件的準備 如果用系統(tǒng)編輯器來編輯的批處理文件，那么簡單地存盤進入第二步即可。如果是用交互方式建模的話，用戶必須在交互環(huán)境下生成分析文件。 2、建立優(yōu)化過程中的參數(shù) 在完成了分析文件的建立以后，就可以開始優(yōu)化分析了（如果在系統(tǒng)中建立的分析文件的話，就要重 新進入 如果在交互方式下進行優(yōu)化，最好（但不是必須）從分析文件中建立參數(shù)到 據(jù)庫中來（在批處理方式下除外）。 3、進入 定分析文件（ 在交互方式下，用戶必須指定分析文件名。這個文件用于生成優(yōu)化循環(huán)文件 7 析文件名無默認值，因此必須輸入。 在批處理方式下，分析文件通常是批命令流的第一部分，從文件的第一行到命令/一次出現(xiàn)。在批處理方式中，默認的分析文件名是 是一個臨時性文件，是批處理輸入文件的一 個復(fù)制）。因此，在批處理方式下通常不用指定分析文件名。但是，如果出于某種考慮將文件分成兩個部分（一個用于分析，另一個用于整個優(yōu)化分析），那么就必須在進入優(yōu)化處理器后指定分析文件 4、聲明優(yōu)化變量 聲明優(yōu)化變量，即指定哪些參數(shù)是設(shè)計變量，哪些參數(shù)是狀態(tài)變量，哪些參數(shù)是目標函數(shù)。允許有不超過 60 個設(shè)計變量和不超過 100 個狀態(tài)變量，但只能有一個目標函數(shù)。 對于設(shè)計變量和狀態(tài)變量可以定義最大和最小值。目標函數(shù)不需要給定范圍。每一個變量都有一個公差值，這個公差值可以由用戶輸入， 也可以選擇由程序計算得出。 如果用 令定義的參數(shù)名不存在， 據(jù)庫中將自動定義這個參數(shù)，并將初始值設(shè)為零。 用戶可以在任意時間簡單地通過重新定義參數(shù)的方法來改變已經(jīng)定義過的參數(shù)，也可以刪除一個優(yōu)化變量 這種刪除操作并不真正刪除這個參數(shù)，而是不將它繼續(xù)作為優(yōu)化變量而已。 5、選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法 序提供了一些優(yōu)化工具和方法。默認方式是單次循環(huán)。 優(yōu)化方法是使單個函數(shù)（目標函數(shù)）在控制條件下達到最小值的傳統(tǒng)化的方法 。有兩種方法可用：零階方法和一階方法。除此之外，用戶可以提供外部的優(yōu)化算法替代 用其中任何一種方法之前，必須先定義目標函數(shù)。 優(yōu)化工具是搜索和處理設(shè)計空間的技術(shù)。因為求最小值不一定是優(yōu)化的最終目標，所以目標函數(shù)在使用這些優(yōu)化工具時可以不指出。但是，必須要指定設(shè)計變量。 6、指定優(yōu)化循環(huán)控制方式 每種優(yōu)化方法和工具都有相應(yīng)的循環(huán)控制參數(shù)，比如最大迭代次數(shù)等。 用戶還可以控制幾個循環(huán)特性，包括分析文件在循環(huán)中如何讀取。可以從第一行讀?。J），也可以從第 一個 /現(xiàn)的位置開始讀??；設(shè)定為優(yōu)化變量的參數(shù)可以忽略（默認），也可以在循環(huán)中處理，而且，用戶可以指定循環(huán)中存儲哪種變量，只存儲數(shù)值變量還是存儲數(shù)值變量和數(shù)組變量。這個功能可以在循環(huán)中控制參數(shù)的數(shù)值（包 8 括設(shè)計變量和非設(shè)計變量）。 7、進行優(yōu)化分析 所有的控制選項設(shè)定好以后，就可以進行分析了。 在執(zhí)行時，優(yōu)化循環(huán)文件會根據(jù)分析生成。這個循環(huán)文件對用戶是透明的，并在分析循環(huán)中使用。循環(huán)在滿足下列情況時終止：收斂；中斷（不收斂，但最大循環(huán)次數(shù)或是最大不合理的數(shù)目達到了）；分析完成 。 如果循環(huán)是由于模型的問題中斷時，優(yōu)化處理器將進行下一次循環(huán)。如果是在交互方式下，程序?qū)@示一個警告信息并詢問是繼續(xù)還是結(jié)束循環(huán)。如果是在批處理方式下，循環(huán)將自動繼續(xù)。 所有優(yōu)化變量和其他參數(shù)在每次迭代后將存儲在優(yōu)化數(shù)據(jù)文件中。最多可以存儲130 組這樣的序列。如果已經(jīng)達到了 130 個序列，那么其中數(shù)據(jù)最“不好”的序列將被刪除。 8、查看設(shè)計序列結(jié)果 優(yōu)化循環(huán)結(jié)束后，可以用本部分介紹的命令或相應(yīng)的 徑來查看設(shè)計序列。這些命令適用于任意優(yōu)化方法和工具生成的結(jié)果。 9 動機選擇 （倒數(shù)第三頁里有東東） 擇電動機類型 擇電動機容量 電動機所需工作功率為： ； 工作機所需功率 1000； 傳動裝置的總效率為： 4321 ； 傳動滾筒 滾動軸承效率 閉式齒輪傳動效率 聯(lián)軸器效率 代入數(shù)值得： 244321 所需電動機功率為： d 0 01 0 0 0 01 0 0 0 大于 選用同步轉(zhuǎn)速 1460r/ 4 級 ；型號 1 確定電動機轉(zhuǎn)速 取滾筒直徑 00 m 55 001 00 060 w 10 （ 1）總傳動比 )分配動裝置各級傳動比 取兩級圓柱齒輪減速器高速級傳動比 則低速級的傳動比 i 電機端蓋組裝 圖 圖 機端蓋 動和動力參數(shù)計算 動機軸 11 5 0m 4 6 速軸 中間軸 i n/i n/速軸 i n/筒軸 i n/ 12 13 定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1按傳動方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動。 2絞車為一般工作機器，速度不高，故選用 7級精度（ 0095 3材料選擇。由表 10齒輪材料為 40質(zhì)），硬度為 280 齒輪材料為 45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240 者材料硬度差為 40 4選小齒輪齒數(shù) 241 z ，大齒輪齒數(shù) z 。取 972 z 5初選螺旋角。初選螺旋角 14 齒面接觸強度設(shè)計 由機械設(shè)計設(shè)計計算公式（ 10行試算，即 3 01 12 H 定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 （ 1）試選載荷系數(shù) 6.1 （ 2）由機械設(shè)計第八版圖 10取區(qū)域系數(shù) 433.2 （ 3 ）由機械設(shè)計第八版圖 10得 ， ， 。 （ 4）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 51051 （ 5）由機械設(shè)計第八版 表 10取齒寬系數(shù) 1d（ 6）由機械設(shè)計第八版表 10得材料的彈性影響系數(shù) 7）由機械設(shè)計第八版圖 10齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限001 ；大齒輪的接觸疲勞強度極限 002 。 13 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 911 912 14 （ 9 ）由機 械 設(shè) 計 第 八 版 圖 （ 10 取 接 觸 疲 勞 壽 命 系 。 （ 10）計算接觸疲勞許用應(yīng)力。 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由機械設(shè)計第八版式（ 10 M P i M P 2l i （ 11）許用接觸應(yīng)力 1 算 （ 1）試算小齒輪分度圓直徑 031 2 1t d 3 24 = 3 9 = = 2）計算圓周速度 t / 0 060 6 01 0 0 060 11 （ 3）計算齒寬及模數(shù) 11c o s 4 9 . 5 6z c 24 = 24 =2mm h=2= 4）計算縱向重合度 ta 1 24 14 = 5）計算載荷系數(shù) K。 已知使用系數(shù) ,1據(jù) v= m/s,7 級精度，由機械設(shè)計第八版圖 10 15 得動載系數(shù) ;v 由機械設(shè)計第八版表 10得 的值與齒輪的相同，故 ;H 由機械設(shè)計第八版圖 10得 由機械設(shè)計第八版表 10得 6）按實際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑，由式（ 10 311 9 33 （ 7）計算模數(shù) n 11c o s 4c 齒根彎曲強度設(shè)計 由式（ 10 3 22112 c o s 定計算參數(shù) （ 1）計算載荷系數(shù)。 = 2）根據(jù)縱向重合度 ，從機械設(shè)計第八版圖 10得螺旋角影響系數(shù) （ 3）計算當(dāng)量齒數(shù)。 4241424 o sc o s 33311 71497c o sc o s 3322 zz v （ 4）查齒形系數(shù)。 由表 10得 1 16 （ 5）查取應(yīng)力校正系數(shù)。 由機械設(shè)計第八版表 10得 1 （ 6）由機械設(shè)計第八版圖 10得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 001 ；大齒輪的彎曲強度極限 802 ； （ 7）由機械設(shè)計第八版圖 10彎曲疲勞壽命系數(shù) K K （ 8）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù) S 機械設(shè)計第八版式（ 10 5 0 （ 9）計算大、小齒輪的 1 3 6 3.03 1 22 = 由此可知大齒輪的數(shù)值大。 計計算 n 3 23 14( c o 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù) 大于由齒面齒根彎曲疲勞強度計算 的法面模數(shù)，取 ，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度， 需按接觸疲勞強度得的分度圓直徑 來計算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由 4c o o 17 取 271z ，則 1092 z 何尺寸計算 算中心距 a= n 0927(c 1 將中以距圓整為 141圓整后的中心距修正螺旋角 c co 02 2)1 0 927(ar c co (ar c co s 21 a n 因 值改變不多，故參數(shù) 、 k 、 不必修正。 算大、小齒輪的分度圓直徑 o o o o 24552 21 18 算齒輪寬度 圓整后取 B 61;5612 . 低速級 取 m=3; ;303 4 2 . 8 8 3 0 8 6 . 4z 取 874 61873903034433 52 2 6 1902 43 09013 圓整后取 B 95,9034 表 1 高速級齒輪： 名 稱 代號 計 算 公 式 小齒輪 大齒輪 模數(shù) m 2 2 19 壓力角 20 20 分度圓直徑 d zd =2 27=54 zd =2 109=218 齒頂高 ()(21 h 2( *21 齒頂圓直徑 *11 ( 2 ) 2( *22 表 2 低速級齒輪： 名 稱 代號 計 算 公 式 小齒輪 大齒輪 模數(shù) m 3 3 壓力角 20 20 分度圓直徑 d zd =3 27=54 zd =2 109=218 齒頂高 2 2a a a mh h h 齒根高 ()(21 h 2( *21 齒頂圓直徑 *11 ( 2 ) 2( *22 20 4. 軸的設(shè)計 速軸 輸出軸上的功率 速 轉(zhuǎn)矩 若取每級齒輪的傳動的效率 ,則 i n/作用在齒輪上的力 因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為 0 41 0 1444 o o st 圓周力 ,徑向力 及軸向力 的 步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑 5鋼 ,調(diào)質(zhì)處理 機械設(shè)計第八版 表 15 1120 A ,于是得 33330m i n 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸 21 器的孔徑相適應(yīng) ,故需同時選取聯(lián)軸器型號 . 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 , 查表考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小 ,故取 A ,則 : 6 5 9 47 3 5 8 4 按照計算轉(zhuǎn)矩 小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件 ,查標準 5014手冊 ,選用 彈性柱銷聯(lián)軸器 ,其公稱轉(zhuǎn)矩為 2500000 51 ,故取 021 ,半聯(lián)軸器長度 L=112半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 41 . 的結(jié)構(gòu)設(shè) 計 （ 1）擬定軸上零件的裝配方案 圖 4 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1)根據(jù)聯(lián)軸器 ;84,50 1212 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要示求 ,1段右端需制出一軸肩 ,故取 2的直徑 232 ;左端用軸端擋圈 ,按軸端直徑取擋圈直徑 D=41 ,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上 ,故 1的長度應(yīng)比 略短一些 ,現(xiàn)取 221 . 2)初步選擇滾動軸承 故選用單列圓錐滾子軸承 232 ,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙 22 組 、標準精度級的單列圓錐滾子軸承 30313。其尺寸為 d D T=651403657643 ；而 2,565 。 3）取安裝齒輪處的軸段 4054 ；齒輪的右端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為 90了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段 應(yīng)略短 于輪轂寬度，故取 554 。齒輪的左端采用軸肩定位，軸肩高度 ，故取 h=6，則軸環(huán)處的直徑 265 。軸環(huán)寬度 ，取 。 4）軸承端蓋的總寬度為 20減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=30取 低速 軸的相關(guān)參數(shù)： 表 4率 轉(zhuǎn)速 r 轉(zhuǎn)矩 140255023 525 3）軸上零件的周向定位 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按 表查得平鍵截面b*h=2012槽用鍵槽銑刀加工，長為 L=63時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合 為67樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為 14970聯(lián)軸器與軸的配合為67動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑公差為 間軸 輸出軸上的功率 2 5 09 5 5 0m i n/i n/ 6 作用在齒輪上的力 （ 1）因已知低速級小齒輪的分度圓直徑為： 4 035433 24 o o st （ 2）因已知高速級大齒輪的分度圓直徑為： 9 91 3 3322 o o st 步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑 5 鋼 ,調(diào)質(zhì)處理 51120 A ,于是得： 33220m i n 軸的最小直徑顯然是安裝軸承處軸的直徑 25 圖 4 初步選擇滾動軸承 . （ 1）因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用 ,故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù) 521 ,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙組 、標準精度級的單列圓錐滾子軸承。其尺寸為 d D*T=3572 56521 ， ； （ 2）取安裝低速級小齒輪處的軸段 2的直徑 532 ；齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為 95了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取 032 。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度 ，故取 h=6軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度 ，取243 。 （ 3）取安裝高速級大齒輪的軸段 4的直徑 ;4554 齒輪的右端與右端軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為 56了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取 154 。 上零件的周向定位 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采 用平鍵連接。按 表查得平鍵截面b*h=2214槽用鍵槽銑刀加工，長為 63時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為 14970聯(lián)軸器與軸的配合為 。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑公差為 中間軸的參數(shù)： 表 4率 速 矩 126 15052715速軸 輸出軸上的功率 速 轉(zhuǎn)矩 若取每級齒輪的傳動的效率 ,則 i n/ 求作用在齒輪上的力 因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為 224311 27 o o st 步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑 5 鋼 ,調(diào)質(zhì)處理 51120 A ,于是得： 333110m i n 10 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處 軸的直徑 故需同時選取聯(lián)軸器型號 . 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 , 查表 ,考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小 ,故取 A ,則 : 8 8 5 1 76 8 0 9 按照計算轉(zhuǎn)矩 查標準 5014 或手冊 ,選用 彈性柱銷聯(lián)軸器 ,其公稱轉(zhuǎn)矩為 560000 01 ,故取 021 ,半聯(lián)軸器長度 L=82半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 21 . 的結(jié)構(gòu)設(shè)計 定軸上零件的裝配方案 圖 428 據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1)為了滿足半聯(lián) 軸器的軸向定位要示求 ,1故取 2段的直徑 232 ;左端用軸端擋圈 ,按軸端直徑取擋圈直徑 D=4521 ,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上 而不壓在軸的端面上 ,故 段的長度應(yīng)比 略短一些 ,現(xiàn)取 021 . 2)初步選擇滾動軸承 故選用單列圓錐滾子軸承 232 ,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙組 、標準精度級的單列圓錐滾子軸 承。其尺寸為 d*D*T=45557643 ；而 ， l 3）取安裝齒輪處的軸段 4 ,做成齒輪軸；已知齒輪軸輪轂的寬度為 61輪軸的直徑為 4）軸承端蓋的總寬度為 20減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=30取 。 5）軸上零件的周向定位 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按 表查得平鍵截面b*h=14，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 L=45時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為67樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為 14970聯(lián)軸器 與軸的配合為67動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑公差為 高速軸的參數(shù)： 表 4率 速 矩 1029 10251530 輪的建模 （ 1） 在上工具箱中單擊 按鈕，打開 “新建 ”對話框，在 “類型 ”列表框中選擇 “零件 ”選項，在 “子類型 ”列表框中選擇 “實體 ”選項，在 “名稱 ”文本框中輸入 “如圖 5 圖 5建 ”對話框 2取消選中 “使用默認模板 ”復(fù)選項。單擊 “確定 ”按鈕，打開 “新文件選項 ”對話框，選中其中 “項，如圖 5后單擊 ”確定 “按鈕，進入三維實體建模環(huán)境。 圖 5文件選項 ”對話框 （ 2）設(shè)置齒輪參數(shù) 1在主菜單中依次選擇 “工具 ” “關(guān)系 ”選項，系統(tǒng)將自動彈出 “關(guān)系 ”對話框。 31 2在對話框中單擊 按鈕，然后將齒輪的各參數(shù)依次添加到參數(shù)列表框中，具體內(nèi)容如圖 5成齒輪參數(shù)添加后，單擊 “確定 ”按鈕 ，關(guān)閉對話框。 圖 5（ 3）繪制齒輪基本圓 在右工具箱單擊 ，彈出“草繪”對話框。選擇 準平面作為草繪平面，繪制如圖 5 （ 4）設(shè)置齒輪關(guān)系式，確定其尺寸參數(shù) 1按照如圖 5“關(guān)系”對話框中分別添加確定齒輪的分度圓直徑、基圓直徑、齒根圓直徑、齒頂圓直徑的關(guān)系式。 2雙擊草繪基本圓的直徑尺寸，將它的尺寸分別修改為 d 、ad、bd、 圖 5 圖 5系”對話框 32 圖 5 圖 5線：從方程”對話框 （ 5）創(chuàng)建齒輪齒廓線 1在右工具箱中單擊 按鈕打開“菜單管理器”菜單，在該菜單中依次選擇“曲線選項” “從方程” “完成”選項，打開“曲線：從方程 ”對話框，如圖 5 2在模型樹窗口中選擇 坐標系，然后再從“設(shè)置坐標類型”菜單中選擇“笛卡爾”選項，如圖 5開記事本窗口。 3在記事本文件中添加漸開線方程式，如圖 5后在記事本窗中選取“文件” “保存”選項保存設(shè)置。 圖 5單管理器”對話框 圖 54選擇圖 5、曲線 2作為放置參照，創(chuàng)建過兩曲線交點的基準點 照設(shè)置如圖 5 33 圖 5 圖 5準點”對話框 5如圖 5擊“確定”按鈕，選取基準平面 為放置參照，創(chuàng)建過兩平面交線的基準軸 圖 6 圖 5準軸”對話框 圖 5_1 曲 線 1 曲 線 2 34 6如圖 5擊“確定”按鈕，創(chuàng)建經(jīng)過基準點 _1的基準平面 圖 5示。 55對話框 5準平面 如圖 5示，單擊“確定”按鈕，創(chuàng)建經(jīng)過基準軸 由基準平面 z”的基準平面 圖 5 圖 5準平面”對話框 圖 5準平面 鏡像漸開線。使用基準平面 果如圖 5 35 圖 5（ 6）創(chuàng)建齒根圓實體特征 1在右工具箱中單擊 按鈕打開設(shè)計圖標版。選擇基準平面 為草繪平面，接收系統(tǒng)默認選項放置草繪平面。 2在右工具箱中單擊 按鈕打開“類型”對話框，選擇其中的“環(huán)”單選按鈕， 36 然后在工作區(qū)中選擇圖 5作為草繪剖面。再圖標中輸入拉伸深度為“ b”，完成齒根圓實體的創(chuàng)建，創(chuàng)建后的結(jié)果如圖 5 圖 55（ 7）創(chuàng)建一條齒廓曲線 1在右工具箱中單擊 按鈕，系統(tǒng)彈出“草繪”對話框，選取基準平面 為草繪平面后進入二維草繪平面。 2在右工具箱單擊 按鈕打開“類型”對話框，選擇“單個”單選按鈕，使用和 并結(jié)合繪圖工具繪制如圖 5 37 圖5繪曲線圖 5示倒角半徑 3打開“關(guān)系”對話框，如圖 5示，圓角半徑尺寸顯示為“ 在對話框中輸入如圖 5 圖 5系“對話框 （ 8）復(fù)制齒廓曲線 1在主菜單中依次選擇“編輯” “特征操作”選項，打開“菜單管理器”菜單，選擇其中的“復(fù)制”選項，選取“移動”復(fù)制方法，選取上一步剛創(chuàng)建