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 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 Finite Element Analysis of internal Thread ProcessingEeTutor：e Abstract:Process of internal thread formed by cold extrusion has a great prospect 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 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 torque 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 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 Torque 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 83.2.2 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 144.6.2 d=5.3mm时的成形性能 154.6.3 d=5.4mm时的成形性能 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 1838 4.7.3 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 341. 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 1.1.1 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。
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必将成为螺纹加工最重要的方法之一。
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。
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选择电动机容量电动机所需工作功率为：；工作机所需功率为：；传动装置的总效率为：；传动滚筒 滚动轴承效率 闭式齿轮传动效率 联轴器效率 代入数值得：所需电动机功率为：略大于 即可选用同步转速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1.分配传动比（1）总传动比(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则低速级的传动比2.1.4 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 2.2.2高速轴2.2.3中间轴2.2.4低速轴2.2.5滚筒轴3.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）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5初选螺旋角初选螺旋角3.2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3.2.1确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数12）由《机械设计》第八版图10-30选取区域系数3）由《机械设计》第八版图10-26查得，，则4）计算小齿轮传递的转矩5）由《机械设计》第八版表10-7 选取齿宽系数（6）由《机械设计》第八版表10-6查得材料的弹性影响系数（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 13计算应力循环次数9）由《机械设计》第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数; 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《机械设计》第八版式（10-12）得（11）许用接触应力3.2.2计算（1）试算小齿轮分度圆直径===49.56mm（2）计算圆周速度（3）计算齿宽及模数 ==2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01（4）计算纵向重合度0.318124tan=20.73（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查得动载系数由《机械设计》第八版表10-4查得的值与齿轮的相同，故由《机械设计》第八版图 10-13查得由《机械设计》第八版表10-3查得.故载荷系数11.111.41.42=2.2（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a）得（7）计算模数 3.3按齿根弯曲强度设计由式（10-17）3.3.1确定计算参数（1）计算载荷系数。
=2.09（2）根据纵向重合度 ，从《机械设计》第八版图10-28查得螺旋角影响系数（3）计算当量齿数4）查齿形系数由表10-5查得（5）查取应力校正系数由《机械设计》第八版表10-5查得（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 ；（7）由《机械设计》第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ，；（8）计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（9）计算大、小齿轮的 并加以比较由此可知大齿轮的数值大3.3.2设计计算对比计算结果，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取 ，则 取 3.4几何尺寸计算3.4.1计算中心距a=将中以距圆整为141mm.3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、、等不必修正3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径3.4.4计算齿轮宽度圆整后取.低速级取m=3;由 取圆整后取表 1高速级齿轮：名 称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m22压力角2020分度圆直径d=227=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径表 2低速级齿轮：名 称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m33压力角2020分度圆直径d=327=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径4. 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 若取每级齿轮的传动的效率,则4.1.2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圆周力 ,径向力 及轴向力 的4.1.3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: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,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 ,故取 ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.1.4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=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.2)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 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313。
其尺寸为dDT=65mm140mm36mm，故 ；而3）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 ，故取h=6mm ，则轴环处的直径 轴环宽度 ，取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 低速轴的相关参数：表4-1功率转速转矩1-2段轴长84mm1-2段直径50mm2-3段轴长40.57mm2-3段直径62mm3-4段轴长49.5mm3-4段直径65mm4-5段轴长85mm4-5段直径70mm5-6段轴长60.5mm5-6段直径82mm6-7段轴长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b*h=20mm12mm，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，选用平键为14mm9mm70mm，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m64.2中间轴4.2.1求输出轴上的功率转速和转矩4.2.2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：（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为：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：轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径图 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 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承其尺寸为dD*T=35mm72mm18.25mm，故，；（2）取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径 ；齿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 齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取h=6mm，则轴环处的直径轴环宽度，取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。
4.2.5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b*h=22mm14mm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14mm9mm70mm，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10.10kw转速362.2r/min转矩263.61-2段轴长29.3mm1-2段直径25mm2-3段轴长90mm2-3段直径45mm3-4段轴长12mm3-4段直径57mm4-5段轴长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若取每级齿轮的传动的效率,则4.3.2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：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: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,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.4.4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 而不压在轴的端面上,故 段的长度应比 略短一些,现取.2)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 、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 ，mm3）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62.29mm4）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 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b*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，选用平键为14mm9mm70mm，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高速轴的参数：表4-3功率10.41kw转速1460r/min转矩1-2段轴长80mm1-2段直径30mm2-3段轴长45.81mm2-3段直径42mm3-4段轴长45mm3-4段直径31.75mm4-5段轴长99.5mm4-5段直径48.86mm5-6段轴长61mm5-6段直径62.29mm6-7段轴长26.75mm6-7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2>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、、、修改的结果如图5-6所示 图5-4草绘同心圆 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参照设置如图5-10所示曲 线1曲 线 2图5-11基准点参照曲线的选择 图5-10“基准点”对话框5>如图5-12所示，单击“确定”按钮，选取基准平面TOP和RIGHT作为放置参照，创建过两平面交线的基准轴A_1，如图6-13所示图5-12“基准轴”对话框 图5-13基准轴A_16>如图5-13所示，单击“确定”按钮，创建经过基准点PNTO和基准轴A_1的基准平面DTM1,如图5-14所示5 5-15基准平面对话框 5-15基准平面DTM17>如图5-16所示，单击“确定”按钮，创建经过基准轴A_1，并由基准平面DTM1转过“-90/z”的基准平面DTM2，如图5-17所示。
图5-16“基准平面”对话框 图5-17基准平面DTM28>镜像渐开线使用基准平面DTM2作为镜像平面基准曲线，结果如图5-18所示 图5-18镜像齿廓曲线（6）创建齿根圆实体特征1>在右工具箱中单击按钮打开设计图标版选择基准平面FRONT作为草绘平面，接收系统默认选项放置草绘平面2>在右工具箱中单击按钮打开“类型”对话框，选择其中的“环”单选按钮，然后在工作区中选择图5-19中的曲线1作为草绘剖面再图标中输入拉伸深度为“b”，完成齿根圆实体的创建，创建后的结果如图5-20所示图5-19草绘的图形 5-20拉伸的结果（7）创建一条齿廓曲线1>在右工具箱中单击按钮，系统弹出“草绘”对话框，选取基准平面FRONT作为草绘平面后进入二维草绘平面2>在右工具箱单击按钮打开“类型”对话框，选择“单个”单选按钮，使用和并结合绘图工具绘制如图5-21所示的二维图形图 5-21 草绘曲线图 5-22显示倒角半径3>打开“关系”对话框，如图5-22所示，圆角半径尺寸显示为“sd0”，在对话框中输入如图5-23所示的关系式。
图5-23“关系“对话框（8）复制齿廓曲线1>在主菜单中依次选择“编辑” “特征操作”选项，打开“菜单管理器”菜单，选择其中的“复制”选项，选取“移动”复制方法，选取上一步刚创建的齿廓曲线作为复制对象图5-24依次选取的 菜单2>选取“平移”方式，并选取基准平面FRONT作为平移参照，设置平移距离为“B”，将曲线平移到齿坯的另一侧图5-25输入旋转角度3>继续在“移动特征”菜单中选取“旋转”方式，并选取轴A_1作为旋转复制参照，设置旋转角度为“asin(2*b*tan(beta/d))”，再将前一步平移复制的齿廓曲线旋转相应角度最后生成如图5-26所示的另一端齿廓曲线图5-26创建另一端齿廓曲线（9）创建投影曲线1>在工具栏内单击按钮，系统弹出“草绘”对话框选取“RIGUT”面作为草绘平面，选取“TOP”面作为参照平面，参照方向为“右”，单击“草绘”按钮进入草绘环境2>绘制如图5-27所示的二维草图，在工具栏内单击按钮完成草绘的绘制图5-27绘制二维草图3>主菜单中依次选择“编辑” “投影”选项，选取拉伸的齿根圆曲面为投影表面，投影结果如下图5-28所示图5-28投影结果（10）创建第一个轮齿特征1>在主菜单上依次单击“插入” “扫描混合”命令，系统弹出“扫描混合”操控面板，如图5-29所示。
2>在“扫描混合”操控面板内单击“参照”按钮，系统弹出“参照”上滑面板，如图6-30所示图5-29 “扫描混合”操作面板 图5-30“参照”上滑面板3>在“参照”上滑面板的“剖面控制”下拉列表框内选择“垂直于轨迹”选项，在“水平/垂直控制”下拉列表框内选择“垂直于曲面”选项，如图5-30示4>在绘图区单击选取分度圆上的投影线作为扫描混合的扫引线，如图5-31示扫描引线图5-31选取扫描引线5>在“扫描混合”操作面板中单击“剖面”按钮，系统弹出“剖面”上滑面板，在上方下拉列表框中选择“所选截面”选项，如图5-32所示图5-32“剖面”上滑面板 图5-33 选取截面6>在绘图区单击选取“扫描混合”截面，如图5-33所示7>在“扫描混合”操控面板内单击按钮完成第一个齿的创建，完成后的特征如图5-34所示图5-34完成后的轮齿特征 图5-35“选择性粘贴“对话框(11)阵列轮齿1>单击上一步创建的轮齿特征，在主工具栏中单击按钮，然后单击按钮，随即弹出“选择性粘贴”对话框，如图5-35所示。
在该对话框中勾选“对副本应用移动/旋转变换”，然后单击“确定”按钮图5-36 旋转角度设置 图5-37复制生成的第二个轮齿2>单击复制特征工具栏中的“变换”，在“设置”下拉菜单中选取“旋转”选项，“方向参照”选取轴A_1，可在模型数中选取，也可以直接单击选择输入旋转角度“360/z”,如图6-36所示最后单击按钮，完成轮齿的复制，生成如图6-37所示的第2个轮齿3>在模型树中单击刚刚创建的第二个轮齿特征，在工具栏内单击按钮，或者依次在主菜单中单击“编辑” “阵列”命令，系统弹出“阵列”操控面板，如图6-38所示图5-38 “阵列”操控面板图5-39 完成后的轮齿 图5-40齿轮的最终结构4>在“阵列”操控面板内选择“轴”阵列，在绘图区单击选取齿根园的中心轴作为阵列参照，输入阵列数为“88”偏移角度为“360/z”在“阵列”操控面板内单击按钮，完成阵列特征的创建，如图5-39所示5>最后“拉伸”、“阵列”轮齿的结构，如图5-40所示致谢本论文是在ee老师的悉心指导下完成的e老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。
不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血在此，谨向e老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！ 本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助感谢CAD培训中心老师的指导和帮助后文是被我人为屏蔽掉了，想要原版吗？小伙伴，在第2章电机选择中CAD图里找我联系方式吧参考文献[1]王定.矿用小绞车[M].北京:煤炭工业出版社,1981.[2]程居山.矿山机械[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005.8.[3]王洪欣,李木,刘秉忠.机械设计工程学[M].徐州;中国矿业大学出版社,2001.[4]唐大放,冯晓宁,杨现卿. 机械设计工程学[M].徐州;中国矿业大学出版社,2001.[5]成大先.机械设计手则[M].北京;化学工业出版社,2002.[6寿楠椿,弹性薄板夸曲[M].北京;高等出版社.1987.[7]刘鸿文.材料力学[M]. 北京;高等出版社.2004.[8]夏荣海,赫玉深.矿井提升设备[M]. 徐州:中国矿业大学出版社,1987.[9]国家发展和改革委员会.调度绞车[M].北京：机械工业出版社 ，2007. [10]编委会，新编机械设计知识百科-常用技术资料、计算方法、标准数据速查手册[M].北京工业出版社，2000.[11]李洁，最新国内外起重机械使用技术性能及安全管理规章制度实务全书[M].北京：机械工业出版社，2001.[12]编委会，煤矿机械设备选型、安装、检修维护技术守则[M].北京：机械工业出版社，2003.[13]李洁，煤矿机械设备设计方法、机械制图、制造加工与故障排除实用手册[M].北京：机械工业出版社，2005.[14]于文景、李富群，现代化煤矿机械设备安装调试、运行监测、故障诊断、维护保养与标准规范全书[M].北京：机械工业出版社，2003.[15]编委会，煤矿机械设备选型安装检修维护技术手册[M].北京：机械工业出版社，2001.[16] 罗名佑.行星齿轮传动[M].北京：高等教育出版社，1984.[17] 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册[M]. 第五版.北京：高等教育出版社，2006.[18] 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M]. 第七版.北京：高等教育出版社，2006.[19] 濮良贵，纪明刚.机械设计[M] 第八版.北京：高等教育出版社，2006.[20] 付丰礼，唐孝稿.异步电动机设计手册[M]. 第二版.北京：机械工业出版社。