1、 eee题 目 内螺纹加工的有限元数值模拟分析 学生姓名 ee 学号 e 所在学院 机 械 工 程 学 院 专业班级 e 指导教师 e 完成地点 e 2009 年 06 月 03 日ee内螺纹加工的有限元数值模拟分析e（e ）指导老师：e摘要 内螺纹冷挤压因其成形的螺纹精度高、表面完整性好，且保持冷挤压之后内螺纹表面及次表面的冷作硬化状态，提高了螺纹的连接强度及其抗疲劳寿命，因此在当今高速、大负载、动载条件下的航空、航天和高速列车等领域有着巨大的应用前景。内螺纹冷挤压技术经过多年试验研究己取得了一定的进展，然而其数值模拟技术方面的研究仍较医乏，还需加强内螺纹冷挤压数值模拟方面的研究.本文建立了
2、成形过程三维几何模型，并利用刚塑性有限元软件 DEFORM-3D 进行了内螺纹冷挤压成形过程的数值模拟，分析获得了工件底孔直径的大小，挤压速度及振动频率对螺纹成形过程的影响规律，从而为深入理解内螺纹冷挤压成形过程，同时也为内螺纹冷挤压工艺提供新的研究手段。关键词 内螺纹 冷挤压 挤压丝锥 挤压扭矩 有限元分析eeFinite Element Analysis of internal Thread ProcessingEeTutor：eAbstract:Process of internal thread formed by cold extrusion has a great prospect
3、 in the thread processing on aircraft landing gear, high-speed train and many other applications working on high speed and dynamic load conditions because of its excellent forming accuracy, surface integrity and the improvement of thread connection strength and fatigue life, which maintain the cold
4、hardening state on the thread surface after cold extrusion.Technology of internal thread formed by cold extrusion has been developed after years of study, however, it still lacks of numerical simulation on it and needs to be strengthened urgently. In this paper, the mathematical model of extrusion t
5、orque during the forming process is build,the rigid plastic finite element software DEFORM-3D is used for the numerical simulation on the process of internal thread formed by cold extrusion, and study on the influence law of Internal thread forming process include workpiece diameter, extrusion speed
6、 and the frequency by using numerical simulationand , and provide a new research tool for the process of internal thread formed by cold extrusion. Key words:Internal Thread Cold Extrusion FEM Simulation Extrusion Taps Extrusion TorqueeeI目 录1. 绪论 11.1 内螺纹冷挤压成型技术概述 11.1.1 内螺纹加工技术 11.1.2 内螺纹抗疲劳技术 21.2
7、内螺纹冷挤压成形的优缺点 21.3 国内外内螺纹冷挤压研究进展 41.4 本课题的研究内容 42. 内螺纹冷挤压成形 .52.1 内螺纹冷挤压成形机理 52.2 内螺纹冷挤压成形过程 52.3 影响内螺纹冷挤压成形的主要因素 62.3.1 工件底孔直径 .62.3.2 挤压速度 .62.3.3 冷却润滑液的选择 .62.4 工件材料性能特点及其加工特性分析 62.4.1 AISI1015 概述 .62.4.2 材料特性及力学性能 62.5 本章小结 73. 金属体积成形有限元理论 .83.1 刚粘塑性有限元法的理论基础 83.2 有限元软件软件介绍 83.2.1Deform 简介 .83.2.
8、2 DEFORM 的功能 83.2.3 DEFORM 软件的特点 93.2.4 DEFORM 软件的模块结构 94. 内螺纹冷挤压成形过程的数值模拟 .104.1 几何模型的建立及其导入 104.2 网格的划分技术 174.3 局部网格细分 114.4 模拟参数的设置 124.5 内螺纹冷挤压成形过程模拟 134.5.1 挤压成型过程模拟分析 134.5.2 校形时模拟分析 .134.5.3 模拟结果 .144.6 工件底孔直径对成形性能的影响 144.6.1 d =5.2mm 时的成形性能 .1404.6.2 d =5.3mm 时的成形性能 .154.6.3 d =5.4mm 时的成形性能
9、.164.6.4 模拟结果数据分析 174.7 挤压速度对螺纹成形的影响 .174.7.1 V=0.5mm /s 时成形性能 .174.7.2 V=0.75mm /s 时成形性能 .18eeII4.7.3 V=1mm /s 时成形性能 194.7.4 模拟结果数据分析 204.8 本章小结 205. 低频振动内螺纹冷挤压数值模拟 .225.1 振动攻丝的研究进展 225.2 振动加工技术的优点 225.3 内螺纹低频振动冷挤压加工原理 225.4 内螺纹振动冷挤压模拟分析 205.4.1 建立轴向振动的有限元模型 235.4.2 f=20HZ 时振动攻丝成形性能 235.4.3 f=25HZ
10、时振动攻丝成形性能 255.5 两种加工方法的螺纹成形性能对比 .285.6 结论分析 .30总结 .31致谢 .32参考文献 .33附录 A 34ee11. 绪论 随着制造科学与技术的迅速发展，对机械设备性能的要求也越来越高。作为机械设备部件和组件之间一种便捷而可靠的连接方法，螺纹连接在航天、汽车、仪器仪表等领域内应用非常广泛。内螺纹是螺纹连接的重要组成部分，然而，到目前为止，内螺纹加工仍是生产中最为复杂的一项任务，而且螺纹加工往往是处于整个生产链的末尾，这就要求在工艺上必需保证内螺纹的加工要具有很大的成功率，因此对螺纹连接类零件的机械性能提出了更为严格的要求，螺纹连接类零件的抗疲劳设计及制
11、造己成为现代机械加工技术中最为重要的课题之一。1.1 内螺纹冷挤压成型技术概述螺纹连接类零件是非常重要的结构件，传统的螺纹加工采用切削加工方法，该方法不仅加工效率低，而且加工过程中切断了金属的纤维流向，降低了螺纹零件的质量，这些传统的加工方法不能适 应螺纹零件数量大、质量要求高的需求，因此，必须寻求更加先进有效的螺纹加工方法。内螺纹挤压成形是一种基于塑性成形的新型加工方法。这种方法加工出来的螺纹组织结构比切削加工要明显完善，工件表面比较完整。这样就可以很大程度的提高了工件的机械性能目前，螺纹零件的加工方式主要可以分为切削加工、锻压加工、铸造及粉末冶金方法，具体如图 1.1 所示 。 761.1
12、.1 内螺纹加工技术丝锥是加工内螺纹的常用刀具，无论是手用或机用丝锥还是螺母丝锥，都有其广泛的用途。按照内螺纹的形成原理，可将丝锥内螺纹孔加工分为切削加工和基于塑性变形原理的无屑加工两种。切削加工是由丝锥在底孔上进行攻丝，属于有屑加工，例如: 传统攻丝技术，高速攻丝技术，冲击攻丝技术，振动攻丝技术等。无屑加工是利用材料的塑性变形从而形成内螺纹孔的一种加工方法，比如挤压攻丝技术。1.传统攻丝技术传统攻丝主要是指以丝锥作为刀具，在经过钻头或其他刀具已加工好的底孔上进行机动或手动攻螺纹的技术，它是一种通用性高、适用范围广泛的加工技术，属于传统的 内螺纹加工方法。用切图 1.1 常用螺纹加工方法ee2
13、削丝锥加工螺纹孔的方法早在 1797 年就出现了，切削攻丝技术距今己有 200 多年的历史。传统攻丝操作可由人工借助攻丝绞杠等进行(简称手攻) ，也可以在各种机床上实现(机攻)，机动攻丝时可用到的机床有钻床，各类加工中心及专用攻丝机床等。然而传统的攻丝方法存在很多问题，比如:切屑状态不易控制，切屑不易排出，易划伤己加工表面; 攻丝扭矩大，轴向力控制困难，易使孔径及螺距扩大，易折断丝锥;刀具刚性小、承载能力弱; 加工速度低，导致加工效率也很低。为了适应不同材料的加工和提高攻丝效果，人们通常从丝锥的涂层，结构以及切削液的配方等多方面进行研究，不断改善切削环境，使攻丝过程顺利进行。2.挤压攻丝技术挤
14、压攻丝技术是根据金属材料受力后发生塑性变形和流动的特性，在预制好的工件底孔上利用挤压丝锥加工出螺纹孔。前苏联的乌尔拉波夫对挤压攻丝技术进行了大量试验研究，并在专著挤压丝锥中对挤压丝锥的理论、设计以及使用方法与合理应用范围进行了详细的描述。研究表明用塑性变形法加工内螺纹具有显著的经济和技术上的优点，主要表现如下:提高丝锥的使用寿命、加工质量稳定且精度高、节约材料和提高了挤压螺纹工序的劳动生产率和螺纹连接的劳动生产率。但是，挤压攻丝不能加工脆性材料上的螺纹孔、斜螺纹孔以及不完整的螺纹孔和薄壁螺纹孔，特别是对于难加工材料上的小直径螺纹孔，很难实现挤压攻丝。由于丝锥没有标准化，需要自己设计和制造。在我
15、国挤压攻丝技术才刚刚起步，虽然己经取得了一系列的研究成果，但是由于挤压攻丝的极限性，致使该种技术在工业中的使用推广比较慢。3.高速攻丝技术随着加工中心的出现，尤其是高速切削技术的迅猛发展，攻丝加工成为了生产中的瓶颈。为了解决这个问题，人们开始投入对高速攻丝的研究。目前对高速攻丝的研究主要从开发高速丝锥、浮动丝锥夹头和丝锥自动退出动力头等几个方面进行。高速攻丝技术的关键在于高速丝锥高速可反转攻丝夹头和高速螺旋插补机构的设计与制造以及高压切削液的供给方法的实现。4.冲击攻丝技术冲击攻丝是国外刚刚发展起来的一种攻丝技术。在国内，昆明理工大学对其开展一系列的研究。它的工作原理是通过冲锤的冲击驱动攻丝单
16、元，从而将速度和力传递到丝锥上进行攻丝。该方法目前仍处于概念阶段，还没有样机生产出来。由于在能量传递的过程中存在冲击，它会产生一定的噪音，对攻丝精度的均匀性可能会产生一定的影响。5.振动攻丝技术振动攻丝是指在原有的攻丝运动基础上叠加一个可控的周期振动，从而使原来连续的攻丝过程变为间断的、脉冲的、瞬时的切削过程。振动攻丝具有改善润滑条件和断屑效果、提高加工质量、延长丝锥寿命等工艺效果。尤其是对难加工材料上的螺纹孔、深螺纹孔、小直径螺纹孔进行加工时它更是发挥了不可替代的作用。振动攻丝技术的出现弥补或改善了普通攻丝方法的缺陷和不足。在用丝锥进行内螺纹的加工时，减小攻丝扭矩是实现螺纹孔加工的高速化、干
17、式化和对难加工材料进行加工的一条有效途径。振动攻丝加工具有有效降低攻丝扭矩，因此成为了先进螺纹孔加工技术的一个关键支撑。 1.1.2 内螺纹抗疲劳技术 目前的生产实践中关于抗疲劳制造的方法很多，主要有机械、化学、物理及高能束处理四个方面，如图 1.2 所示 。98众所周知，冷挤压成形工艺是材料成形工艺中净成形性能最好的工艺之一，其成形之后的零件质量稳定、精度高，因此采用内螺纹冷挤压成形工艺是当今汽车、高速列车、飞机等内螺纹连接类零件抗疲劳制造的发展趋势，其成形的螺纹精度高、表面完整性好，且保持冷挤压之后内螺纹表面及次表面的冷作硬化状态，提高了螺纹的连接强度及其抗疲劳寿命。1.2 内螺纹冷挤压成
18、形的优缺点 内螺纹冷挤压成形使得内螺纹的表面性能尺寸精度等都优于传统的内螺纹加工方法。相对于内ee3螺纹的切削成形，内螺纹冷挤压成形具有以下优点:图 1.2 抗疲劳制造技术分类 (1)较高的加工效率。内螺纹冷挤压一般采用一次挤压成形，即一把挤压丝锥即可代替切削加工中的一组切削丝锥来完成内螺纹的成形，且挤压速度高，提高了内螺纹的加工效率。(2)节约原材料。传统内螺纹切削加工都是通过去除工件的金属材料得到内螺纹的有屑加工方法，而内螺纹冷挤压直接通过挤压丝锥使金属产生塑性变形而形成螺纹的，属于无屑加工，成形过程没有切屑的产生，大大提高了材料的利用率。(3)较高的螺纹加工精度.内螺纹冷挤压成形过程属于
19、弹塑性变形，其成形之后螺纹孔的扩张量小，由于挤压丝锥良好的导向性，成形螺纹的形位误差小，一般材料都能达到 4H 或 5H 的加工精度。(4)较低的表面粗糙度。内螺纹冷挤压成形过程中，挤压丝锥锥部棱齿对内螺纹表面进行多次反复挤压，成形之后的内螺纹牙面非常平整 。(5)提高了抗拉强度及抗疲劳性能。内螺纹冷挤压是通过金属的塑性变形使得金属产生塑性流动而填满整个牙形的过程，螺纹牙根表面存在加工硬化层及残余压应力，从而大大提高了挤压螺纹的抗拉强度及抗疲劳性能。当然，内螺纹冷挤压成形也存在一些不足之处。比如：(1)对模具要求高。冷挤压时毛坯在模具中受三向压应力而使变形抗力显著增大 ,这使模具所受的应力远比
20、一般冲压模大。(2)需用大吨位的压力机。由于冷挤压时毛坯的变形抗力大 ,需用数百吨甚至几千吨的压力机。(3)由于冷挤压的模具成本高 ,一般只适用于大批量生产的零件。(4)毛坯在挤压前需进行表面处理。这不但增加了工序 ,需占用较大的生产面积 ,而且难于使生产自动化。(5)不适用于高强度材料加工。(6)冷挤压零件的塑性、冲击韧性差 ,而且零件的残余应力大 ,这会引起零件变形和耐腐蚀性的降低 。目前，由于挤压丝锥的结构还不完善，内螺纹冷挤压成形工艺还不够成熟，挤压丝锥还不能完全代替切削丝锥，但是随着挤压丝锥结构的不断完善以及挤压工艺的改进，内螺纹冷挤压成形技术ee4必将成为螺纹加工最重要的方法之一。
21、 1.3 国内外内螺纹冷挤压研究进展内螺纹冷挤压成形工艺最早应用于二十世纪四、五十年代，由于缺乏深入的理论研究及实践应用，内螺纹冷挤压成形过程扭矩较大，且会产生大量的热;可加工的材料非常有限，仅限于铜及其合金;挤压丝锥的使用寿命很低，在加工过程中易出现丝锥折断等异常现象。之后随着高性能挤压丝锥的研制，内螺纹冷挤压成形工艺在国外的应用范围有所扩大，不再局限于抗拉强度小于600MPa、延伸率大于 12%的合金钢及有色金属，对于绝大多数合金钢，甚至抗拉强度高于 900MPa的热处理钢及低延伸率的铝合金等材料，都能采用冷挤压成形得到高精度的螺纹。国内的冷挤压技术与日本的起步时间相当。70 年代，我国曾
22、经在自行车、汽车电器等批量生产的产品中，推广过冷挤压生产工艺技术，也成功的开发了启动齿轮的挤压成形技术，并投入批量生产。但是没有从根本上解决工艺、设备、材料、模具、润滑、自动化装置以及毛坯的原始尺寸、后处理等一系列技术和实际上的问题，因而还没有得到较大发展。80 年代，随着家电和汽车摩托车工业的迅速发展，对冷挤压工艺设备及生产技术的引进，科研技术人员通过生产实践攻克了冷挤压技术的不少难题，同时，冷锻设备也有了较大的发展。国内外内螺纹冷挤压成形的研究主要包括以下几个方面:(1)挤压丝锥结构的进一步完善，挤压丝锥的设计计算以及制造。(2)挤压过程的加工条件，如挤压丝锥的结构参数、工件底孔直径、挤压
23、速度、冷却润滑液的选择、工件材料等对挤压扭矩和挤压温度的影响。(3)有色金属及其合金、低碳钢及硬度较低的调质钢、合金钢、不锈钢以及合金工具钢等材料上加工中小直径内螺纹的应用。(4)有限元数值模拟技术在内螺纹冷挤压成形中的应用。1.4 本课题的研究内容运用有限元模拟软件 DEFORM-3D 对该零件的冷挤压成形情况进行模拟分析，将模拟结果与理论计算结果相结合进一步确定成形所需要的参数，得出内螺纹冷挤压过程中的速度、应力和应变场以及成形、校形时挤压扭矩等的分布规律，以获得内螺纹冷挤压成形的普遍规律。1.了解常用的螺纹加工方法，根据要求，选择合适的螺纹加工方法；2.用三维软件对螺纹加工系统各零部件进
24、行建模；3.在刚(粘) 塑性有限元理论的基础上，采用刚塑性有限元软件 DEFORM-3D 对内螺纹冷挤压成形过程进行了数值模拟，再现内螺纹冷挤压成形过程；4.从降低成形过程扭矩，应力出发，以提高成形之后内螺纹的质量和挤压丝锥的寿命为目的，在已经验证数值模拟正确性的基础上，分析工件底孔直径、挤压速度、冷却润滑液种类等对成形过程扭矩及应力的影响。 ee52.电机选择2.1 电动机选择（倒数第三页里有东东）2.1.1 选择电动机类型2.1.2 选择电动机容量电动机所需工作功率为：；wdP工作机所需功率 为：wP；10FvPw传动装置的总效率为：；432传动滚筒 96.01滚动轴承效率 2闭式齿轮传动
25、效率 7.3联轴器效率 4代入数值得： 8.0909.6024321 所需电动机功率为： kWFvPd 5.118.略大于 即可。d选用同步转速 1460r/min ；4 级 ；型号 Y160M-4.功率为 11kW2.1.3 确定电动机转速取滚筒直径 mD50in/6.12506rvnw1.分配传动比（1）总传动比 62.1.54wmni(2)分配动装置各级传动比ee6取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比 03.4.10ii则低速级的传动比 8.2.6012i2.1.4 电机端盖组装 CAD 截图图 2.1.4 电机端盖2.2 运动和动力参数计算2.2.1 电动机轴mNrkWnPTpmd81.6
26、950i/42.02.2.2 高速轴ee7mNrkWnpTmd 09.6814.950i/146.1112.2.3 中间轴 mNrr kWnpTi 6.23.10950in/.mi/3.41610.7.22223202.2.4 低速轴 mNrkWnpTi 8.735906.12590in/.8.369.7.09133123321022.2.5 滚筒轴 mNr kWnpTi 7206.1549095mi/76.124944344203ee8ee93.齿轮计算3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2绞车为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（GB 10
27、095-88） 。3材料选择。由表 10-1 选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280 HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质）硬度为 240 HBS，二者材料硬度差为 40 HBS。4选小齿轮齿数 ，大齿轮齿数 。取241z 76.903.42z 972z5 初选螺旋角。初选螺旋角 13.2 按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式（10-21）进行试算，即 30112HEdtt ZTK3.2.1 确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数 1。6.tk（2）由机械设计第八版图 10-30 选取区域系数 。43.2hz（3）由机械设计第八版图 10-26 查得 ， ，则78.0170
28、。5.21（4）计算小齿轮传递的转矩。 mNnpT .108.6.1460.90.95 4511 （5）由机械设计第八版表 10-7 选取齿宽系数 d（6）由机械设计第八版表 10-6 查得材料的弹性影响系数 MPaZe8.19（7）由机械设计第八版图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 。MPaH01lim H502lim13 计算应力循环次数。 91 103.650821466 hjLnN9205.3.4（9）由机械设计第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数 ;90.1HNKee10。95.02HNK（10）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为
29、 1%，安全系数 S=1，由机械设计第八版式（10-12）得 MPaSHN54069.01lim1 K.2.2li2（11）许用接触应力PaHH5.31213.2.2 计算（1）试算小齿轮分度圆直径 dt1= = =40321tHEtdKTZ32486.0.634106.79.10738.29.56mm（2）计算圆周速度 v0smnt /78.3165.49106（3）计算齿宽及模数1cos49.5tntdmz= =2mmtnt121cs6.2497.06h=2.25 2.25 2=4.5mmt49.56/4.5=11.01hb（4）计算纵向重合度0.318 1 24 tan =20.73ta
30、n318.0zd4（5）计算载荷系数 K。已知使用系数 根据 v= 7.6 m/s,7 级精度，由机械设计第八版图 10-8,A查得动载系数 ;.v由机械设计第八版表 10-4 查得 的值与齿轮的相同，故H ;42.1KH由机械设计第八版图 10-13 查得 35.1fK由机械设计第八版表 10-3 查得 .故载荷系数41 1.11 1.4 1.42=2.2HVAKee11（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a）得 31Kdtt m1.537.56.49.1256.493（7）计算模数zmn1cos2.4024cos.3.3 按齿根弯曲强度设计由式（10-17） 321
31、cosFSadn YzTK3.3.1 确定计算参数（1）计算载荷系数。=2.09fVAK35.14.（2）根据纵向重合度 ，从机械设计第八版图 10-28 查得螺旋90角影响系数 8.0Y（3）计算当量齿数。 37.2691.04214cos33311 zV 5.793322v（4）查齿形系数。由表 10-5 查得 18.2;5.1YFaFa（5）查取应力校正系数。由机械设计第八版表 10-5 查得 79.1;6.21SaSa（6）由机械设计第八版图 10-24c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲强度极限 ；MPaFE01MPFE3802（7）由机械设计第八版图 10-18 取弯曲
32、疲劳寿命系数 ，85.01KFN；8.2KN（8）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数 S1.4, 由机械设计第八版式（10-12）得ee12MPaaSFPFENK86.234.1805752211 （9）计算大、小齿轮的 并加以比较。YSa136.057.391FYSa=Sa2 42.8.由此可知大齿轮的数值大。3.3.2 设计计算 mmmmn 59.108.4342.01642.65.1*80.6102 323224 97)(cos 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于由齿面齿根弯曲疲n劳强度计算 的法面模数，取 2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强n度，需按
33、接触疲劳强度得的分度圆直径 100.677mm 来计算应有的齿数。于是由73.6214cos.5cos1dzn取 ，则 取 271 81.0.2z;092z3.4 几何尺寸计算3.4.1 计算中心距a= mmzn 2.14097.3614cos2)07(cos21 ee13将中以距圆整为 141mm.3.4.2 按圆整后的中心距修正螺旋角 06.1497.arcos2.140)97(arcos2)(arcos1mzn因 值改变不多，故参数 、 、 等不必修正。kZH3.4.3 计算大、小齿轮的分度圆直径 mmzdn2497.0184cos5.221 a5.32513.4.4 计算齿轮宽度 mb
34、d567.1圆整后取 .B1;2低速级取 m=3; ;30z由 8.23412i取4.6874zmzd21879043a5.73ee14mbd9013圆整后取 B5,34表 1 高速级齿轮：计 算 公 式名 称代号小齿轮 大齿轮模数 m 2 2压力角 20 20分度圆直径d =2 27=54zm1=2 109=218zdm2齿顶高 ha 12haa齿根高 f )()(1 cff齿全高 h a*2齿顶圆直径 da*1()aamzmhzdaa)2(*2表 2 低速级齿轮：计 算 公 式名 称代号小齿轮 大齿轮模数 m 3 3压力角 20 20分度圆直径d =3 27=54zm1=2 109=218
35、zdm2齿顶高 ha 21aah齿根高 f )()(1 cff齿全高 h a*2齿顶圆直径 da*1()aamzmhzdaa)2(*2ee15ee164. 轴的设计4.1 低速轴4.1.1 求输出轴上的功率 转速 和转矩p3n3T3若取每级齿轮的传动的效率,则 mNrkWnpTi 842.735906.12590in/.8.369.7.0133123321024.1.2 求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为 mmzd4014NNFTtantrt 90814ta3621367.9362costcos8.735243圆周力 ,径向力 及轴向力 的t rFa4.1.3 初步确定轴的最小
36、直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为 45 钢,调质处理.根据机械设计第八版表 15-3,取 ,于是得120Amnpd64.70.76.593330min 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 .为了使所选的轴直径与联轴d12器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩 , 查表考虑到转矩变化很小,故取 ,则:TKAca3 3.1KAmNmNTAca 6.954735842.13ee17按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件,查标准 GB/T 5014-2003 或手册,Tca选用 LX4 型弹性柱销联轴器,其公称转矩为 2500000 .半联轴器的孔径mN,故取
37、 ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔md51md5021长度 .L844.1.4 轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案图 4-1（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)根据联轴器 为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2 轴;84,501212mld段右端需制出一轴肩,故取 2-3 段的直径 ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取d623挡圈直径 D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度 ,为了保证轴端挡圈只压在mL841半联轴器上而不压在轴的端面上,故 1-2 段的长度应比 略短一些,现取 .ml8212)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选
38、用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据 ,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙m623组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30313。其尺寸为 d D T=65mm 140mm 36mm，故 ；而 。md65743l82,5.465653）取安装齿轮处的轴段 4-5 段的直径 ；齿轮的右端与左轴承之间704采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为 90mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度ml854ee18，故取 h=6mm ，则轴环处的直径 。轴环宽度 ，dh07. md8265 hb4.1取 。ml5654）轴承端盖的总宽度为 2
39、0mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定） 。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 l=30mm，故取 l57.4032低速轴的相关参数：表 4-1功率 p3 kW69.转速 nmin/7125r转矩 T3 N84.31-2 段轴长 l21 84mm1-2 段直径 d50mm2-3 段轴长 l32 40.57mm2-3 段直径 62mm3-4 段轴长 l43 49.5mm3-4 段直径 d65mm4-5 段轴长 l54 85mm4-5 段直径 70mm5-6 段轴长 l65 60.5mm5-6 段直径 d82mm6-7 段轴长 l76 54.5m
40、m6-7 段直径 65mm（3）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按 查表查得平键截面d54b*h=20mm 12mm，键槽用键槽铣刀加工，长为 L=63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，67nH选用平键为 14mm 9mm 70mm，半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向k定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为 m6。ee194.2 中间轴4.2.1 求输出轴上的功率 转速 和转矩p2n2T2mNrr kWnpTi 6.23.10950i/.mi/3.41610.97.05122232
41、04.2.2 求作用在齿轮上的力（1）因已知低速级小齿轮的分度圆直径为： mmzd140353NNFTtantrt 35214ta214297.063cos0t376cos5.23（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为： mmzd932 NNFTtantrt 1234ta954957.06cos0t13cos216.24.2.3 初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为 45 钢, 调质处理.根据表 15-3,取,于是得：120Aee20mnpAd6.3027.12.36013320min 轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径 。d12图 4-24.2.4 初步选择滚动轴
42、承 .（1）因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据 ,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级md3521的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为 d D*T=35mm 72mm 18.25mm，故， ；6521l8.165（2）取安装低速级小齿轮处的轴段 2-3 段的直径 ；齿md4532l8.291轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为 95mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 。齿轮的右端采用l90轴肩定位，轴肩高度 ，故取 h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度 ，dh07. hb4.取 。ml124
43、3（3）取安装高速级大齿轮的轴段 4-5 段的直径 齿轮的右端与右端轴;45m承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为 56mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 。l5144.2.5 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按 查表查得平键截面d54b*h=22mm 14mm。键槽用键槽铣刀加工，长为 63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为 14mm 9mm 70mm，半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为 m6。ee
44、21中间轴的参数：表 4-2功率 p2 10.10kw转速 n362.2r/min转矩 T2 263.6 mN1-2 段轴长 l1 29.3mm1-2 段直径 d2 25mm2-3 段轴长 l3 90mm2-3 段直径 2 45mm3-4 段轴长 l43 12mm3-4 段直径 d57mm4-5 段轴长 l54 51mm4-5 段直径 45mm4.3 高速轴4.3.1 求输出轴上的功率 转速 和转矩p1n1T1若取每级齿轮的传动的效率,则 mNrkWnpTmd 09.6814.950i/146.1114.3.2 求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为 mzd72431ee22NNF
45、dTtantrt 95.4702.38194tan38.196.cos20tcos38.1970.6821 4.3.3 初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为 45 钢, 调质处理.根据表 15-3,取,于是得：120A mnpd 54.21.094.12*13.721460.2331min 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 .为了使所选的轴直径与联轴d12器的孔径相适应, 故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩 , 查表 ,考虑到转矩变化很小,故取 ,则:TKAca1 3.1KAmNTAca 85768093.1按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件,查
46、标准 GB/T 5014-2003 或ca手册, 选用 LX2 型弹性柱销联轴器,其公称转矩为 560000 .半联轴器的孔径,故取 ,半联轴器长度 L=82mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度md01d21.L824.4 轴的结构设计4.4.1 拟定轴上零件的装配方案图 4-34.4.2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足半联 轴器的轴向定位要示求 ,1-2 轴段右端需制出一轴肩 ,故取 2-3 段的直径 ;左端用轴端挡圈 ,按轴端直径取挡圈直径 D=45mm .半联轴器与轴md423配合的毂孔长度 ,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上 而不压在轴的端面L81ee23上, 故
47、段的长度应比 略短一些,现取 .ml80212)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承. 参照工作要求并根据 ,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 d432、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为 d*D*T=45mm*85mm*20.75mm，故；而 ， mm。md457643l75.68775.314l3）取安装齿轮处的轴段 4-5 段,做成齿轮轴；已知齿轮轴轮毂的宽度为 61mm，齿轮轴的直径为 62.29mm。4）轴承端盖的总宽度为 20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定） 。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 l=30mm，故取 。 l81.45325） 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按 查表查得平键截面d54b*h=14mm*9mm ，键槽用键槽铣刀加工，长为 L=45mm,同时为了保证齿轮与轴配
