1、ee基于选择性激光烧结（SLS）快速成型机设计 ee（ee）指导老师：ee摘要 快速成型(RP)技术是近年来倍受学术界和制造业关注的一种先进成型制造技术。目前世界上占主导地位的 5 种 RP 成型方法其基本原理业己完善，针对具体的RP 系统如何在不增加昂贵的附加成本的同时，进一步提高成型效率、提高成型件的精度、完善成型件性能以及尽量扩展成型件的适用范围是发展 RP 技术的重要课题.选择性激光烧结工艺（SLS）又称为激光选区烧结。是借助精确引导的激光束使材料粉末烧结或熔融后凝固形成三维原型或制件。该工艺方法是由美国得克萨斯大学奥斯丁（Austin ）分校的 C.R.Dechard 于 1989
2、年研制成功的。目前研究 SLS 的有 DTM 公司，E.O.S 公司，3D Systems 公司，北京隆源公司，华中科技大学，华北工学院，南京航空航天大学等。其中，最早将 SLS 市场化的是DTM 公司。作者正是基于以上观点，对比 DTM，EOS 两大公司的经典设计方案，改进设计结构，增强工作性能，通过对机械、电气部分的研究，试图将新的思想带入到 SLS 成型机的设计中。关键词 快速成型;激光选区烧结; 成型效率; 成型精度Forming based on selective laser sintering(SLS) rapid prototyping machine designee(ee)
3、Tutor : eeAbstract:Rapid Prototyping (RP) is an advanced forming and processing technology that is followed with interest by researchers and manufactures in recent years. Now the basic principles of five kinds of RP technology, which dominate in the world, have been integrated. To special RP systems
4、, it is an important subject how to decrease forming time, improve the prototyping precision and extend the utilization area of prototyping without extra expensive cost. The Selective Laser Sinter(SLS) is also named Laser Selectivity Sinter. It can make the datum powder sinter or blend to three-dime
5、nsional antitype by dint of exactitude introductory laser. This craftwork is created in 1989 by an American, C.R.Dechard, who lived in the Austin.Now, there are many company studying the SLS in the world, for example , the DTM, E.O.S, 3D Systems. And there are also many company in our country, for i
6、nstance, Beijing Longyuan Lst., the middle of China science and technology University. But the first company who made the SLS commercial is the DTM.Just on the basis of all above opinions, Author would like compare the design blue print of DTM and E.O.S, and improve the design,Through the study of m
7、echanical and electrical parts ,also try to take a new idea into the SLS.eeKey words:Rapid Prototyping; Selective Laser Sintering; forming precision; Forming timeeeI目 录目 录 .I1 绪论 11.1 对快速成型技术的全面理解 11.2 当前主要的 RP 技术 .21.2.1 主要快速成型系统的综述 21.2.2 几种主要 RP 技术的比较 .31.3 选择性激光烧结概述 31.3.1 选择性激光烧结的工艺原理 31.3.2 选择
8、性激光烧结的工艺特点 42 方案选择 52.1 设计的目的和要求 52.2 拟解决的具体问题 52.3 解决问题的思路和方法 52.3.1 整体布局示意图 52.3.2 SLS 的工作原理 .62.4 激光选区烧结的工艺过程及特点 82.4.1 激光选区烧结工艺过程 82.4.2 激光选区烧结的工艺特点 83 机械部分设计计算 93.1 机械结构传动装置设计 93.2 SLS 的系统设计 .103.2.1 成型工作缸 .103.2.2 废料回收缸 .183.2.3 铺粉机构的设计 .183.2.4 送料工作缸 .193.2.5 机身与机壳 .194 电气部分设计 204.1 工控机 204.2
9、 激光系统 204.2.1 激光器 204.2.2 反射镜 204.2.3 扩束聚焦系统 214.2.4 扫描器 .224.2.5 扫描路径选择 .224.3 辅助部件 234.3.1 传感器的选择 .234.3.2 温度加热与检侧装置的选择 .23eeII4.3.3 行程开关 .245 硬件设计 255.1 供粉与铺粉运动控制单元 .255.2 激光系统硬件单元 .265.2.1 激光扫描控制单元 .275.2.2 激光器控制单元 .275.3 行程开关和温控系统控制单元 27致 谢 29参考文献 30ee11 绪论20 世纪 80 年代末、90 年代初发展起来的快速成形（Rapid Pro
10、totyping (2)快速完成，零件制造全过程的快速性，这是 CAD 直接驱动的直接结果:(3) 复杂形状的三维实体， RP 可制造任意复杂程度的零件，不受零件几何形状的限制。在 RP 的发展过程中，不少研究机构和人员都按照自己的理解赋予其不同的称谓，而这些不同称谓即反映了 RP 不同方面的重要特征；材料添加制造 （MIM, Material Increase Manufacturing)“材料添加制造”将材料单元采用一定方式堆积、叠加成形，有别于车削等基于材料去除原理的传统加工工艺。分层制造 (LM, Layered Manufacturing)“分层制造”将复杂的三维加工分解成一系列二维
11、层片的加工，着重强调层作为制造单元的特点，每层可采取更低维单元进行累加或高维单元进行加工得到。离散堆积制造“离散堆积制造”是现代成型学理论中在对成型技术发展进行总结的基础上提出的，表明了模型信息处理过程的离散性，强调了成型物理过程的材料堆积性，体现了RP 技术的基本成型原理，具有较强的概括性和适应性。RP 由于采用了离散堆积的加工工艺，CAD 和 CAM 能够很顺利地结合在一起，而 RP 的工艺规划主要作用是对成型过程进行优化以提高造型精度、速度和质量，所以 RP 可容易地实现设计制造一体化。直接 CAD 制造 (DCM, Direct CAD Manufacturing)“直接 CA D 制
12、造”反映了 RP 是 CAD 模型直接驱动，实现了设计与制造一体化，计算机中的 CAD 模型通过接口软件直接驱动 RP 设备，接口软件完成 CAD 数据向设备数控指令的转化和成型过程的工艺规划，成型设备则象打印机一样“打印”零件，完成三维输出。实体自由成型制造(SFF, Solid Free form Fabrication)“实体自由成型制造”表明 RP 技术无需专用的模腔或夹具，相应不受任何约束。RP 工艺是用逐层变化的截面来制造三维形体零件的形状和结构也，在制造每一层片时ee2都和前一层自动实现联接，不需要专用夹具或工具，使制造成本完全与批量无关，既增加了成型工艺的柔性，又节省了制造工装
13、和专用工具的大量成本。即时制造(IM, Instant Manufacturing)“即时制造”反映了该类技术的快速响应性。由于无需针对特定零件制定工艺操作规程，也无需准备专用夹具和工具，RP 技术制造一个零件的全过程远远短于传统工艺相应过程，使得 RP 技术尤其适合于新产品的开发，显示了其适合现代科技和社会发展的快速反应的特征和时代要求。1.2 当前主要的 RP 技术RP 是直接根据 CAD 模型快速生产样件或零件的成组技术的总称，是技术综合的结果。到目前为止，RP 的成型方法已逾百种，但是其中的大多数都还是处于实验室阶段，并没有实现真正的商品化。不同的 RP 系统都有其特有的优势，但是同时
14、也存在自身的缺陷，所以必须根据具体的使用要求进行 RP 系统的选择。1.2.1 主要快速成型系统的综述现阶段 RP 技术的基本原理在上世纪 90 年代初期就得到了基本的完善，这些原理的最主要成果就体现在目前占统治地位的 5 种快速成型系统上面,5 种主要有:光固化立体造型(SLA, Stereolithography)，叠层制造(LOM, Laminated Object Manufacturing),激光选区烧结(SLS, Selective Laser Sintering)、熔丝沉积制造 (FDM, Fused Deposition Modeling)以及三维印刷(3DP,Three Di
15、mension Printing).多年来主要是从这些原理出发，不断的完善系统性能及成型工艺，而很多其他的 RP 方法的发展却严重滞后，有些则被淘汰。关于这五种 RP 系统的发展概况如下表 1 所示：表 1 典 型 RP 系 统 的 发 展 概 况 成型系统发明时间主要发明机构和人员主要供应商SLA 1986 年获得专利，87年商品化学者 Hull 等，美国 3D Systems 公司美国 3D Systems 公司、德国 EOS公司，日本 CEMT 公司LOM 1984 年提出构想，89 年开发出样机，稍后商品化学者 Michhaa Feygin,Helisys 公司美国 Helisys 公
16、司，新加坡KINERGY 公司，日本 Kira 公司SLS 1986 年发明概念机，92年商品化Carl.Deckard,DTM 公司 美国 DTM 公司、德国 E.O.S 公司FDM 1988 年提出构想，90 年开始出样机，92 年商品化Scott Crump 博士，Stratasys 公司美国 Stratasys 公司3DP 上世纪 80 年代末 麻省理工学院，MIT 公司和 Soligen 公司美国 SPI Systems 公司1.2.2 几种主要 RP 技术的比较有关这 5 种主要的 RP 技术的成型原理已有很多文献进行过详细的介绍，这里不加赘述。由于快速成型技术方法以及成型材料的迅
17、猛发展，针对特定的零件如何选择最ee3适合的快速成型系统是近年来快速成型研究的一个重点方面，下面在横向将几种主要的 RP 技术进行比较。1)尺寸精度 :在大多数情况，SLA 能获得的尺寸精度最高，下来依次为 LOM, FDM 和 SLS;2)零件制造时间SLA 较快，LOM 次之，而 FDM 和 SLS 的成型速度较慢。3) 制件的复杂程度SLA 较高，FDM 和 SLS 次之，LOM 较低。4) 制作成本制作成本应包括设备购置成本、设备运行成本以及人工成本，经过综合评价认为SLA 较高，FDM 和 SLS 次之，LOM 的制作成本较低。1.3 选择性激光烧结概述1.3.1 选择性激光烧结的工
18、艺原理快速成型技术采用离散/堆积成型原理，根据三维CAD模型，对于不同的工艺要求，按一定厚度进行分层，将三维数字模型变成厚度很薄的二维平面模型。再将数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码，在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出每个薄层，并使之粘结而成形。实际上就是基于“生长”或“添加”材料原理一层一层地离散叠加，从底至顶完成零件的制作过程。快速成型有很多种工艺方法，但所有的快速成型工艺方法都是一层一层地制造零件，所不同的是每种方法所用的材料不同，制造每一层添加材料的方法不同。如图1.1所示图 1.1 快速成型原理示意图成型系统的主体结构是在一封闭成型中装有两个活塞机构, 一个用于供粉
19、(称为供粉活塞) , 另一个用于成型(称为成型活塞)。成型过程开始, 供粉活塞上移一定量, 铺粉辊将粉末均匀地铺在工作平面上。激光束在计算机的控制下, 透过激光窗口以一定的速度和能量密度对粉末层进行有选择的照射, 使被照射粉末达到其烧结温度, 粉末颗粒间发生表层粘接, 从而烧结在一起, 这样零件的第一层就制造出来了。这时, 成型活塞下移一定距离, 这个距离与设计零件的切片厚度一致, 而供粉活塞上移一定量。铺料辊在已烧结层上再铺一层粉。这样逐层烧结形成三维实体。成型材料为各种可烧结粉末, 如石蜡、塑料、低熔点金属粉末, 或它们的混合粉末 3。其工艺原理框图，如图 1.2 所示。ee4图 1.2
20、工艺原理框图1.3.2 选择性激光烧结的工艺特点成型技术开辟了不用刀具、模具等迅速制作零件的途径，并为传统方法不能或难于制造的零件或模型提供了一种崭新的制造手段，技术的特点如下： （1）成型过程与零件复杂程度无关, 是真正的自由成型。由于选区粉末烧结技术采用叠加造型原理, 而且烧结过程中未烧结的粉末成为天然的支架,因此 SLS 技术几乎可以成型任意复杂的零件。（2）成型材料范围广, 开发前景广阔。任何受热粘结的粉末都有被用作 SLS 原材料的可能性, 包括塑料、陶瓷、金属粉末及它们的复合粉。（3）成型速度相对较快, 精度高。成型材料的易熔消失可代替蜡模直接用于精密铸造, 而且不必制作模具和翻模
21、, 因此可以通过精铸快速获得铸件。（4）材料无浪费, 未烧结的粉末可重复使用。总结：从上面关于 RP 技术的初步介绍特别是 SLS 成型技术的现状分析发现，当今 SLS 技术己经能达到很不错的强度和精度。但是为了使快速成型技术从经济和技术上变得更有吸引力，就得在进一步减少成型时间而又不增加昂贵的开发成本的同时，提高成型系统的综合性能。基于此目的，我总结吸取已有的成型机设计，然后进行我下面的设计。希望对送料装置及传送装置进行改进设计，能够对 SLS 有更深的了解。2.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ee5电动机所需工作功率为：；
22、wdP工作机所需功率 为：w；10Fvw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 .6.24wmni(2)分配动装置各级传动比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
23、 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mNrkWnPTpmd81.6950i/42.0ee62.2.2 高速轴 mNrkWnpTmd 09.6814.950i/146.1112.2.3 中间轴 rkWi .23.in/3. 10.7.2.22023202.2.4 低速轴 mNrki 8.75906.1590i/8. 69.331332.2.5 滚筒轴npT2.4i/74.4424423ee73.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 10095-88）
24、。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。5.21（4）
25、计算小齿轮传递的转矩。 mNnpT .108.6.1460.90.9 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 13.6508214606 hjLnN925.03.4（9）由机械设计第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数 ;90.1HNK。.2HNK（10）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由机械
26、设计第八版式（10-12）得 MPaSHN54069.01lim1 ee8 MPaSKHN 5.2509.2lim2 （11）许用接触应力 a.31213.2.2 计算（1）试算小齿轮分度圆直径 dt1= =03tHEtdKTZ32486.0.634106.79.=49.56mm78.23（2）计算圆周速度 v0smnt /7.165.94160（3）计算齿宽及模数1cos.tntmz= =2mmdt124.24.06h=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 =20.73tan38.01zd4（5）计算载荷系数
27、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=2.2HVAK（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a）得 31dtt m1.537.56.49.256.493（7）计算模数zmn1cos 2.01cos.3.3 按齿根弯曲强度设计由式（10-17 ） 321sFSadn YzTK3.3.1 确定计算参数（
28、1）计算载荷系数。=2.09fVA 35.14.（2）根据纵向重合度 ，从机械设计 第八版图 10-28 查得螺旋90ee9角影响系数 8.0Y（3）计算当量齿数。 37.2691.04214cos33311 zV 5.7922v（4）查齿形系数。由表 10-5 查得 8;5.21FaFa（5）查取应力校正系数。由机械设计第八版表 10-5 查得 79.1;6.21YSaSa（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 取弯曲疲劳寿命系数 ，85.01KFN；8.2KN（8）计
29、算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数 S 1.4,由机械设计第八版式（10-12）得MPaaFPFEN 86.234.1805752211 （9）计算大、小齿轮的 并加以比较。YSa3657.3091YSa=28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73.61
30、4cos.5cos1dzn取 ，则 取 278102z;092zee103.4 几何尺寸计算3.4.1 计算中心距a= mmzn 2.14097.3614cos2)07(cos21 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)(arcos1zn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 mmzdn2497.0184cos5.21 a3513.4.4 计算齿轮宽度 mbd567.1圆整后取 .B1;2低速级取 m=3; ;30z由 8.412i取.6874zmd2173
31、943a5.0bd93圆整后取 B5,034ee11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 2121haa齿根高f )()(cff齿全高h ma2*1齿顶圆直径da*1()aahzmhzdaa)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=218zdm2齿顶高ha121aahee12齿根高hf 2)1()(21 cmhaff齿全高h *齿顶圆直径da*1(2)aazmh
32、zdaa)2(*2ee134. 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 mNrkWnTip842.735906.12590i/.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 mzd44Ftatrt 908tan1367.961costcos7圆周力 ,径向力 及轴向力 的rFa4.1.3 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.根据机械设计第八版表 15-3,取 ,于是得120Ampd64.70.1276.59333min 输出
33、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 3.1KANmNTAca 6.954758423.1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,ca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m,故取 ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔md51d021长度 .L844.1.4 轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案ee14图 4-1（2）根据轴向定位的要求确定
34、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
35、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ml854，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 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 l57.4032低速轴的相关参数：表
36、4-1功率 p3 kW69.转速 nmin/7125r转矩 TN84.31-2 段轴长 l21 84mmee151-2 段直径 d21 50mm2-3 段轴长 l3 40.57mm2-3 段直径 2 62mm3-4 段轴长 l43 49.5mm3-4 段直径 d 65mm4-5 段轴长 l54 85mm4-5 段直径 70mm5-6 段轴长 l65 60.5mm5-6 段直径 d 82mm6-7 段轴长 l76 54.5mm6-7 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
37、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。4.2 中间轴4.2.1 求输出轴上的功率 转速 和转矩p2n2T2mNrrWnTip6.3.10950i/.mi/3.41610.97.0512223204.2.2 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： zd433ee16NNFdTtantrt 35214ta214297.063cos0t376cos51.23（2）因
38、已知高速级大齿轮的分度圆直径为： mmz92tantrt ta55.cscs.4.2.3 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：120Ampd63027.12.36013320min 轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径 。d1图 4-24.2.4 初步选择滚动轴承.（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.
39、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 。ml1243（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;45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 。ml5144.2.5 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采
40、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。中间轴的参数：表 4-2功率 p2 10.10kw转速 n362.2r/min转矩 T263.6 mN1-2 段轴长 l21 29.3mmee171-2 段直径 d21 25mm2-3 段轴长 l3 90mm2-3 段直径 2 45mm3-4 段轴长 l43 12m
41、m3-4 段直径 d 57mm4-5 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 z723 NFtatrt 95.4702.3891tan8.96.costcos3.82 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 mpd 54.211*.71460.2333310min 输出轴
42、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d2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:TKAca 3.KAmNTAca 851768093.1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md301 m21ee18.mL8214.4 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
43、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md423轴配合的毂孔长度 ,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上 而不压在轴的端L81面上,故 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。md457643l7
44、5.687 75.314l3）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，67n
45、H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k向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为 m6。高速轴的参数：表 4-3功率 p1 10.41kw转速 n1460r/min转矩 TmN09.681-2 段轴长 l21 80mm1-2 段直径 d30mm2-3 段轴长 l32 45.81mm2-3 段直径 42mmee193-4 段轴长 l43 45mm3-4 段直径 d31.75mm4-5 段轴长 l54 99.5mm4-5 段直径 48.86mm5-6 段轴长 l65 61mm5-6 段直径 d62.29mm6-7 段轴长 l76 26.75mm6
46、-7 段直径 45mm5.齿轮的参数化建模5.1 齿轮的建模（1）在上工具箱中单击 按钮，打开“新建”对话框，在“ 类型”列表框中选择“ 零件”选项，在“子类型 ”列表框中选择 “实体”选项，在“名称”文本框中输入“ dachilun_gear”，如图5-1所示。图5-1“ 新建”对话框ee202取消选中“ 使用默认模板 ”复选项。单击“确定”按钮，打开 “新文件选项”对话框，选中其中“mmns_part_solid” 选项，如图5-2所示，最后单击 ”确定“按钮，进入三维实体建模环境。图5-2“ 新文件选项”对话框（2）设置齿轮参数1在主菜单中依次选择“ 工具 ” “关系” 选项，系统将自动
47、弹出 “关系”对话框。2在对话框中单击 按钮，然后将齿轮的各参数依次添加到参数列表框中，具体内容如图5-4所示，完成齿轮参数添加后，单击“确定 ”按钮，关闭对话框。图5-3输入齿轮参数（3）绘制齿轮基本圆在右工具箱单击 ，弹出“草绘”对话框。选择 FRONT 基准平面作为草绘平面，绘制如图 5-4 所示的任意尺寸的四个圆。（4）设置齿轮关系式，确定其尺寸参数1按照如图 5-5 所示，在“关系”对话框中分别添加确定齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径的关系式。2双击草绘基本圆的直径尺寸，将它的尺寸分别修改为 、 、 、 修改的结dabfd果如图 5-6 所示。ee21图 5-4 草
48、绘同心圆 图 5-5“关系”对话框图 5-6 修改同心圆尺寸 图 5-7“曲线：从方程”对话框（5）创建齿轮齿廓线1在右工具箱中单击 按钮打开“菜单管理器”菜单，在该菜单中依次选择“曲线选项” “从方程” “完成”选项，打开“曲线：从方程”对话框，如图 5-7 所示。2在模型树窗口中选择 坐标系，然后再从 “设置坐标类型”菜单中选择“笛卡尔”选项，如图 5-8 所示，打开记事本窗口。3在记事本文件中添加渐开线方程式，如图 5-9 所示。然后在记事本窗中选取“文件” “保存”选项保存设置。ee22图 5-8“菜单管理器”对话框 图 5-9 添加渐开线方程4选择图 5-11 中的曲线 1、曲线 2 作为放置参照，创建过两曲线交点的基准点PNTO。参照设
