输电线路除冰机器人机械部分设计.docx

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1、 ee输电线路除冰机器人机械部分设计作者：e（e）指导老师：e 摘要针对现在有输电线路除冰效率低下、存在严重安全隐患、运行不平稳的特点，通过参考国内外的实体模型及文献资料，设计一种新型的输电线路除冰机器人。该机器人主要由行走机构、除冰机构和驱动机构组成，其中除冰机构采用铣削和敲击的复合式除冰机构，并且铣削刀具是组合刀具，可以高效、快速、安全的进行除冰；行走机构采用的是轮式移动，安全平稳；不同机构由各自电机驱动，并且能源供给直接由输电线提供。 关键词输电线；覆冰；除冰机器人；机械除冰 The mechanical parts of the transmission line deicing ro

2、bot design Author: e（e)Instructor: e Abstract: For now there is transmission lines deicing efficiency is low, there are serious security hidden danger, the characteristics of the operation is not smooth, by studying the different de-icing methods at home and abroad, design a new type of transmission

3、 line deicing robot. The robot is mainly composed of walking mechanism, de-icing mechanism and the drive mechanism, the de-icing system adopts compound deicing mechanism of milling and knock, and the milling cutter is a combination tool, can be efficient, fast, and safe for deicing; Running gear is

4、the wheel moving, safe and smooth; Different institutions by their respective motor drive, and energy supply is directly provided by the transmission line. Key words: Power lines; ice;deicing robot;mechanical de-icing 目 录1绪论1 1.1 输电线覆冰概况1 1.2输电线路覆冰的危害及原因2 1.2.1覆冰的形成2 1.2.2输电线覆冰的危害2 1.2.3国内外相关除冰设备及技术

5、的特点、发展趋势3 1.2.4除冰机研究的内容和目的52除冰机方案设计7 2.1除冰机工作原理6 2.2机构的设计方案8 2.2.1驱动方式选择8 2.2.2减速传动方式选择8 2.2.3除冰机行走方式选择9 2.2.4除冰方式选择10 2.2.5 除冰机电源选择10 2.3 除冰机主体结构设计11 2.3.1除冰机器人上箱体11 2.3.2除冰机器人下箱体12 2.3.3减速部分123除冰机传动零件的设计14 3.1齿轮的设计14 3.1.1选定齿轮的类型，精度等级，材料以及齿数14 3.1.2 按齿面接触强度设计15 3.1.3 几何尺寸计算17 3.2 II轴上小齿轮的设计验算18 3.

6、2.1按齿面接触疲劳强度验算18 3.2.2齿根弯曲疲劳强度验算20 3.3轴的设计20 3.3.1轴的材料选择21 3.3.2 轴的结构设计21 3.4轴承校核26 3.4.1与滑动轴承相比，滚动轴承的优点26 3.4.2与滑动轴承相比，滚动轴承的缺点27 3.4.3滚动轴承类型选择应注意的问题28 3.5 除冰机构的设计29 3.5.1 除冰方式选择29 3.5.2刀架设计30 3.5.3除冰机各电机的选择324零件的建模34 4.1齿轮的建模过程34 4.2 轴的建模过程375除冰机器人装配40 5.1行走减速机构装配40 5.2 铣削除冰机构装配40 5.3 敲击除冰机构装配41 5.

7、4 整体装配效果图426总结45致谢46参考文献4736 1绪论1.1 输电线覆冰概况输电线因为结冻覆冰通常容易引起电线断线、线塔倒杆、电网损坏、大面积限电、断电等事故，不仅对电力运行安全带来影响，也给人们的生产生活带来很多不便。据不完全统计，自上世纪50年代以来国内外输电线路不断遭受覆冰的危害。1998年魁北克省南部，纽约州北部和英格兰地区北部（包括部分非蒙特州，新罕布什尔州和缅因州），1000多座电塔和35000多木质电塔被压倒，约5千组变压器被烧毁，3千多公里电线受损。2003年我国由覆冰引起的110500kv输电线路跳闸9次占总事故的31.27%，其中500kv线路跳闸13次；由于覆冰

8、引起110500kv线路非计划停运47次，占总事故的41.24%。2004年12月值005年2月，我国华中地区出现大面积冰灾事故，仅湖南省就有700多万人受灾，直接经济损失超过10亿。2008年1月，南方多个省份遭受了50年一遇的冰雪灾害，华中、华东部分地区出现长时间的大强度、大范围的低温雨雪冰冻天气，导致湖南、江西、安徽、浙江、湖北等地的电网发生倒塔、断线、舞动、覆冰闪落等多种灾害，湖南电网14条500kv44条220kv和121条110kv线路停运；江西电网17条500kv、57条220kv和168条110kv线路停运；浙江电网23条500kv、21条220kv和14条110kv线路停运，

9、“西电东送”大通到江城、宜华500kv直流线路损坏严重，河南、重庆、四川等地电网也受到不同程度的冲击和破坏。部分地区的线路覆冰的厚度达到4060mm，远远超出了1520mm的设计值，如图1所示。图1.1 线路覆冰随着我国经济告诉发展，超高压大容量输电线路越建越多，线路走向穿越的地理环境越来越复杂，比如要经过大面积的水库、河流、湖泊和崇山峻岭。这给输电线的维护工作带来很多困难，而且再演冬季初春季节，我国云贵高原、川陕一带和两湖地区常出现雾凇和雨凇现象，造成架空输电线路覆冰，使线路舞动、闪络、烧伤，甚至断线倒杆、倒塔，使电网结构遭到破坏，安全运行受到严重威胁。在紧急情况下，寻道员用带电操作杆或其他

10、类似的绝缘棒只能除去很少一部分覆冰，而且人工除冰危险性太高且效率低下。在一些地理环境和气候与我国相似的国家，为了为了保证电力系统的可靠性，提高高压线除冰的效率，开发了一种可以替代或者部分替代人工除冰作业的新型设备一直是国内外研究的热点。因此，研制安全有效的除冰机械以代替人进行输电线除冰，有着较好的应用前景和实用意义。1.2输电线路覆冰的危害及原因 1.2.1覆冰的形成架空线路覆冰是在初春或者冬季，降雪或者雨雪交加的天气，在导线及避雷线、绝缘子串等处附着水滴。当气温下降时，水滴凝结成冰，即覆冰。之后积雪继续落下在导线的冰层上，使得冰层越积越厚。这是一层半透明或者透明的冰层，最后可达2040mm厚

11、，覆冰的形状与风向相关，当风向与线路平行时，覆冰的断面呈椭圆形；当线路与风向垂直时，覆冰的截面呈伞形；当无风时，覆冰截面呈圆形。 研究表明，导致覆冰的必要天气条件时：（1） 具有足够可冻结的气温，即0以下。（2） 具有较高的湿度，即空气相对湿度达到80%以上。（3） 具有可使空气中水滴运动的风速，即大于1m/s。 1.2.2输电线覆冰的危害覆冰对线路的危害有过荷载、覆冰舞动、脱冰跳跃、绝缘子冰闪，会造成杆塔变形、倒塔、断线、绝缘子损坏、绝缘子闪络等事故。过荷载，当导线、杆塔覆冰时，冰的重量会增加所有支撑结构和金具的垂直负担，导致输电线的弧垂变大，使导线间或者导线与地面间绝缘距离减小，当风吹动导

12、线时由于绝缘距离不够而发生短路。另外，由于覆冰过重会增加导线张力，从而增大杆塔基及基础的力矩，增大转角塔的扭矩，造成杆塔扭转、弯曲、基础下沉、倾斜，甚至在拉线点以下发生折断。覆冰也会是导线受风面积增大，此时杆塔所受的水平荷载也随之增大，线路因此可能受到严重的横向倒杆事故。因为输电线路相邻格挡之间、高度不同，使导线在覆冰时引起纵向静力不平衡，产生纵向荷载。当覆冰不均匀、自行脱落或被击落时，倒显得悬挂点会产生很大的纵向冲击载荷，可能造成导线或地线从接管内抽出，或者外层铝股断裂。如果导线拉断或者脱落，则最终的不平衡冲击载荷和两相邻档之间的残余荷载就会大大增加，发生顺线倒杆事故，如图1.2所示 图1.

13、2 铁塔被压坏 图1.3 线塔因长时间舞动倒塌 导线覆冰舞动、脱冰跳跃事故。输电线路不仅承受其自重、覆冰等静荷载，而且还要承受风产生的动荷载。在一定条件下，覆冰导线受稳态横风的作用，可能引起大幅低频振动，即舞动。此外，导线脱冰跳跃也会使导线发生舞动。导线舞动是威胁输电线路安全运行的重要因素，如图1.3所示。 绝缘子串覆冰过多导致的冰闪事故。绝缘子串覆冰过厚会减小爬距使闪冰电压降低。绝缘子覆冰过厚可完全形成冰柱，绝缘子串爬距大大减少，且融冰时冰柱表面形成贯通型水膜，耐压水平降低导致沿冰柱贯通型闪络。 1.2.3国内外相关除冰设备及技术的特点、发展趋势 目前的除冰方法多种多样，但总的分为四类，主要

14、有热力融冰法、机械除冰法、自然除冰法、机器人除冰法和其他除冰法。过电流融冰技术是在线路导线或者地线上通以高于正常电流密度的传输电流，获得焦耳热以达到融冰目的。但是过电流技术负荷大，停电时间长，操作难度大，是该技术推广受到较大限制。短路电流融冰，是人为将输电线路导线短接，形成短路电流，利用其热量加热导线以达到融冰目的。短路融冰技术对供电系统有较大影响，消耗电量大且需要修改保护定值，同时还必须在短路情况下保证系统安全和重要用户的供电，操作过程复杂、繁琐，对调度员要求高。直流电流融冰原理是将覆冰线路作为负载，施加直流电源，用较低电压提供短路电流加热导线使覆冰融化。但直流电源融冰技术需要一种特种直流电

15、源对其供电，该电源必须具有良好的恒流特性，并在负载扰动或者试验状态变化时做出快速响应，以确保电源的稳定加热。机械除冰法是利用机械外力是线路上的覆冰脱落的方法，目前机械出兵的主要方法有“ad hoc”、滑轮铲刮法、电磁力除冰法和机器人除冰法。“ad hoc”法又称为外力敲击法，即有现场工作人员借助工具敲击线缆除去覆冰的方法。该方法虽然简单易行，但只适应于10kv为主的近距离输电线路除冰，除冰效率低、工作量大，因此只是在紧急情况下的权宜之计，应用范围甚少。滑轮铲刮法是地面上的操作人员通过控制输电线路上的滑轮移动，借助力的作用使导线弯曲，从而使覆冰破裂。滑轮铲刮法操作简单、效率高、能耗小，且价格低廉

16、，是目前主要除冰方法之一。但是这种除冰方式受地形的限制，安全性能还有待进一步完善。电磁力除冰法是将输电线路在额定电压下短路，短路电流产生适当的电磁力使导体相互撞击而使覆冰脱落的方法。但由于目前导线间短路引起的电压降问题和对系统稳定性的影响没得到及时的解决，是该方法没有被推广。自然除冰法是指在不需要外力的情况下，仅靠自然的力量实现除冰的方法。如在输电线路上安装平衡锤等装置，在积雪或者覆冰达到一定程度时，借助风力、重力等作用自行脱落，这种除冰方法简单易行，但具有较大的偶然性，不能实现可靠除冰；在线路表面刷涂憎水性材料或者吸热涂层的除冰法，具有一定的研究价值，但由于自身的缺陷导致应用前景受到较大限制

17、。除了以上除冰方法外人工除冰、激光除冰也在研究当中。人工除冰方法主要是由维护工人通过拉纤方式敲打线缆使覆冰脱落，这种方法仍然是我国主要采用的除冰方法之一，但该法效率低下，环境对操作限制很大，且电力工人的生命安全受到极大的威胁。激光除冰法是利用高功率、高能量的激光对输电线路进行除冰的方法。该方法具有远距离、非接触、外加热源、不需要在电网内部增加设备、断电除冰等优点，但目前激光除冰的系统庞大，成本高，灵活性不够。 近年来由于机器人技术水平的不断提高，除冰机器人的技术已有了较大发展，除冰机器人以后的发展趋势将是：除冰理念的更新，以前涉及输电线路的除冰，人们首先想到如何除冰，但除冰理念的不断改进，我们

18、应该采用“防冰+除冰”的新除冰放法；更多的采用高智能化的技术，利用先进的计算机控制技术和人工智能技术开发的除冰机器人将成为未来除冰技术的主流，在整个除冰过程中，机器人可自主的导航、越障、除冰以及紧急故障诊断修复或反馈；应用复合除冰技术，集合各种除冰方法的优点，扬长避短，达到最佳除冰效果；除冰技术安全化，实现远距离遥控，保证操作人员的安全。 1.2.4除冰机器人的研究思路及方法 根据现有的资料结合自己所学知识首先确定除冰机器人的工作原理，其次再对除冰机器人进行方案设计，然后进行传动零件和轴的设计，最后进行除冰机构的设计。在完成以上工作的基础上，绘制出除冰机器人的零件图、装配图，并进行三位实体建模

19、。具体设想是，针对目前各类机械式除冰方法的不足之处，设计一种全新的行走平台，它是通过凹型轮移动的，理论上是可行的。它继承了轮式车辆移动速度快捷的特点，又具有骑挂在电线上的能力，另外除冰机构也是本次设计的创新点，采用对滚式刀具和敲击机构复合式除冰，除冰效果好。本课题主要运用了三维虚拟设计等方法，完成了输电线除冰机的原理设计，方案选择，机构的实现，各部分零件的设计与整机的装配，并在此基础上采用三维制图软件建立实体模型并进行虚拟装配和运动仿真。本课题研究目的是根据输电线系统的除冰需要，研制一种简单、实用的输电线除冰机器人。轮式输电线除冰机器人是一种用于山地、荒野、河流、湖泊等不适合人工除冰的输电线路

20、上清冰。它的前端是一对用于除冰的对滚刀具，用于清除在电线结的冰。刀具的对滚通过齿轮传动机构完成。轮式除冰机主体部分是行走机构。该设计采用压轮推进方式, 机体上的两个固定压轮骑挂在输电线上保持机体的平衡, 机体的重心位于输电线下方, 这样机体不会在行进过程中出现倒转。两个动压轮分别与两个固定压轮配合, 当推动动压轮时, 动压轮向上抬升, 与固定压轮配合从上下夹紧输电线, 依靠压轮与输电线的摩擦获得前进的动力。该设计的电力驱动分为两个分支: 一部分直接传至除冰机构, 供刀具除冰使用; 另一部分传至动压轮，实现小车的行走。该设计的目的是提供一种体积小，运作灵活，运行稳定的输电线除冰机，也提供一种适于

21、在条件艰苦的环境下工作的电线除冰机器。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.

22、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1。（2）由机械设计第八

23、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

24、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

25、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S1.4,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

26、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=2

27、109=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

28、,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

29、.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

30、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

31、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。4.2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=35mm7

32、2mm18.25mm，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

33、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

34、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

35、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 ，mm。3）取安装齿轮处的轴段4-5段,做成齿轮轴；已知

36、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。 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

37、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

38、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

39、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

40、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D

41、TM1,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 5-2