带涡轮蜗杆轴承（HB983-74）的CAD三维设计.doc

1、沈阳航空航天大学课程设计摘 要设计带涡轮蜗杆轴承是在低速大传动比条件下的驱动机构，要选用涡轮蜗杆机构做传动装置，箱体采用铸造件，润滑采用脂润滑，箱体的其余结构要与其传动方式和润滑方式向匹配。使用标准件，采用良好的加工工艺使带涡轮蜗杆轴承（HB983-74）具有良好的工艺性节约人力。利用CATIA设计建模，画出各个零部件以及装配完成后带涡轮蜗杆轴承的三维数模，再画出工程图，得到各零部件的符合加工标准的工程图及所有零部件和装配图的数模。该带涡轮蜗杆轴承主要零部件有箱体、箱盖、轴颈、涡轮、蜗杆、轴承、手轮轴承盖等。关键词： 带涡轮蜗杆轴承 标准件 装配 参数化设计IV目录第1章 前言- 1 -第2章

2、 工艺分析及设计内容- 2 -2.1 制件中相关标准的查询- 2 -2.1.1 带涡轮蜗杆轴承（HB983-74）的相关标准- 2 -2.2 设计建模过程- 2 -2.2.1 箱体（155-1）- 2 -2.2.2 箱盖（155-2）- 3 -2.2.3 轴颈（155-3）- 3 -2.2.4 轴承盖（155-4、155-11）- 4 -2.2.5 衬套（155-5）- 5 -2.2.6 涡轮（155-6）- 5 -2.2.7 涡杆（155-7）- 6 -2.2.8 挡圈（155-8）- 6 -2.2.9 轴承盖（155-9,155-10）- 7 -2.2.10 标准件（12-1224）- 8

3、 -第3章 工程图- 9 -3.1 工程图图纸参数- 9 -3.2 主要零件的工程图- 9 -3.3 装配设计- 10 -3.3.1 装配图- 10 -3.3.2装配图工程图- 11 -第四章 总结- 12 -参考文献- 13 -IV第1章 前言CATIA是计算机辅助设计中重要的应用软件之一。作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。CATIA设计的数模可以在数控机床上直接加工，所出的工程图也可以用于日常的机械加工中1。建模技术即将将现实世界中的物体及其属性转化为计算机内部数字化

4、表示的原理和方法。在CAD/CAM中建模技术是定义产品在计算机内部表示的数字模型、数字信息以及图形信息的工具，是产品信息化的源头，为产品设计分析工程图生成、数控加工编程与加工仿真、数字化加工与装配中的碰撞干涉检查、生产过程管理等提供有关产品的信息描述与表达方法2。CAD/CAM建模技术主要发展了几何建模和特征建模技术。从而主要的产品数据模型包括：二维模型、三维线框模型、实体模型、表面模型、特征模型、集成化产品模型及生物模型等。本次课程设计的内容是利用CATIA设计带涡轮蜗杆轴承（HB983-74），建立该定位器各零件的三维数模并进行装配设计，最终导出二维工程图及装配图。在设计中有很多的标准件，

5、可以采用参数化设计的方法，数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。参数化设计中的参数化建模方法主要有变量几何法和基于结构生成历程的方法，前者主要用于平面模型的建立，而后者更适合于三维实体或曲面模型。在设计是要充分考虑加工制造和使用中的问题，例如在箱体的设计中，涡轮蜗杆的润滑方式采用的脂润滑，所以就不用再设计相应的油润滑的相关的组件。因为这样满足了使用的要求。这样会降低加工制造成本，避免浪费材料，加工时间和成本，是产品具有良好的工艺性。设计时哟啊尽量采用标准件，标准件能很在市场上买到，不用自己设计制造加工，会大大降低成本

6、和生产周期。- 11 -第2章 工艺分析及设计内容2.1 制件中相关标准的查询2.1.1 带涡轮蜗杆轴承（HB983-74）的相关标准航标（HB）和大部分的国标件（GB）可以查阅飞机装配夹具利用标准号查到对应零部件的相关标准。长期以来，标准作为国际交往的技术语言和国际贸易的技术依据，在保障产品质量、提高市场信任度、促进商品流通、维护公平竞争等方面发挥了重要作用。随着经济全球化进程的不断深入，标准在国际竞争中的作用更加凸显，继产品竞争、品牌竞争之后，标准竞争成为一种层次更深、水平更高、影响更大的竞争形式。因此，世界各国越来越重视标准化工作，将标准化工作提到国家发展战略的高度3。2.2 设计建模过

7、程2.2.1 箱体（155-1）箱体在设计中，要有机械加工余量和起模斜度，要让涡轮蜗杆有相应的中心，要有两个圆的凸台用来安装相应的轴承。箱体还要与其他物体和箱盖固定，所以应当设计锪平孔来安装螺钉。箱体的内部空间要够大，足够让涡轮蜗杆安装进去，并且符合相应的机械设计的相关标准，留有足够的空间避免齿轮距离箱体过近。箱体对于外表面的加工精度要求不高，为了减少成本、提高加工效率，所以因为箱体是铸件所以其表面不多要有铸造圆角。确定加工工艺原则，先面后孔的加工顺序。箱体主要是由平面和孔组成，这也是它的主要表面。先加工平面，后加工孔，是箱体加工的一般规律。因为主要平面是箱体往机器上的装配基准，先加工主要平面

8、后加工支承孔，使定位基准与设计基准和装配基准重合，从而消除因基准不重合而引起的误差。；粗精加工分阶段进行。在主要平面和各支承孔的粗加工之后再进行主要平面和各支承孔的精加工。这样，可以消除由粗加工所造成的内应力、切削力、切削热、夹紧力对加工精度的影响，并且有利于合理地选用设备等。；合理地安排热处理工序，消除残留的铸造内应力和切销加工时产生的内应力4，见图2.1。2.2.2 箱盖（155-2）箱体箱盖是配合使用的，箱盖在设计上与箱体加工制造的要求是相同的，可以参看箱体的设计要求。零件是通用一级减速器的箱体零件图。箱体是机器的基础零件，它将机器中有关部件的轴、套、齿轮等相关零件连接成一个整体，并使之

9、保持正确的相对位置，以传递转矩或改变转速来完成规定的运动。故箱体的加工质量，直接影响到机器的性能、精度和寿命。从零件图可以看出，该一级减速器箱体结构复杂，有大量平面要求加工，还有精度较高的轴承孔和精度较低的紧固孔要加工，见图2.2。图2.1 箱体图2.2 箱盖2.2.3 轴颈（155-3）轴的结构要满足加工的工艺性好、材料省、重量轻；骤升的零件要方便拆卸；轴上的零件要有准确的定位；尽量减少集中应力。轴在加工一般采用车床进行加工，对于这个足够最大直径是68，所以采用直径70的45钢棒料是最好的，轴的直径应该要圆整成整数值。轴为了安装方便要在轴的两头倒角。轴对于表面的加工质量要求很高，所以在车削后

10、要用砂轮打磨，所以要留有一定的进刀量，要在轴肩的部位设计砂轮越程槽。为了防止轴上的零件发生相对转动以传递扭矩，可以利用平健，过盈配合，紧定螺钉的方式来解决。为了减小应力集中，在设计时不要让轴的截面变化过大，适当的加大过渡圆角半径，改变轴上零件的受力情况的方法是轴的受载减小。因为与轴连接还有一个钢板采用焊接的方法连接，所以轴在加工时要留有一定的加工余量。钢板要先把倒角和孔加工好后在焊接，技术要求按照图纸的相应要求加工就行5。轴在设计是先选取一个合适的规格，然后要进行强度、刚度校核、振动稳定性校核，并计算其使用寿命和可靠性，只有这样才能进行后续的工艺性的设计,见图2.3。图2.3 轴颈2.2.4

11、轴承盖（155-4、155-11）因为有两种规格相同、尺寸不同轴承盖，可以采用参数化设计，可以提高设计的速度，对于加工也是很方便。由图纸可以看出本轴承是凸缘式轴承端盖，凸缘式轴承端盖安装、拆卸、调整轴承间隙都比较方便，密封性能也好，所以应用广泛。但缺点是外廓尺寸大，又需一组螺钉来联接，所以要设计相应的孔径6。由于端盖多用铸铁铸造，所以要很好考虑铸造工艺，见图2.4。图2.4 轴承盖2.2.5 衬套（155-5）裹住轴，磨损了，可以方便更换。如果不用衬套，磨损后，更换的是轴。所以换成是更换衬套（设计时，就将衬套硬度降低，使其在摩擦副中成为承磨件。）。因其加工方便，更换成本低，也易换。当然，还有导

12、引作用等，是其次的7。衬套是和轴配合使用的，设计是要尺寸略大于轴的直径，材料选择耐磨的材料，硬度略小于轴的硬度。内表面的加工质量要比较高，因为要和轴配合，见图2.5。图2.5 衬套2.2.6 涡轮（155-6）蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴线间的夹角可为任意值，常用的为908。这种传动由于具有结构紧凑、传动比大、传动平稳以及在一定的条件下具有可靠的自锁性等优点，它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械及其它机器或设备中。基本要求1熟练掌握蜗杆的传动特点、失效形式和计算准则；2熟练掌握蜗杆和蜗轮的结构特点；3掌握蜗杆传动的受力分析、滑动速度和效率；4掌握蜗

13、杆传动的热平衡计算；5了解蜗杆传动的强度计算特点；6了解蜗杆的传动类型；涡轮在设计之后要进行强度、刚度和寿命的校核，只有满足条件之后才能使用，见图2.6。2.2.7 涡杆（155-7）蜗杆通常与轴为一体，采用车制或铣制.蜗杆是与涡轮配合使用的，因为蜗杆与轴一体所以蜗杆也要满足中德设计要求，设计倒角、轴肩出有砂轮进程槽、进行强度、刚度、寿命的校核等。蜗杆上还要安装衬套，防止磨损蜗杆。蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的，用于传递交错轴之间的运动和动力，通常两轴交错角为90。在本文中，以蜗杆为主动件。从外形上看，蜗杆类似螺栓，蜗轮则很象斜齿圆柱齿轮。工作时，蜗轮轮齿沿着蜗杆的螺旋面作滑动和滚动。为了改善轮

14、齿的接触情况，将蜗轮沿齿宽方向做成圆弧形，使之将蜗杆部分包住。这样蜗杆蜗轮啮合时是线接触，而不是点接触，见图2.7。图2.6 涡轮图2.7 蜗杆2.2.8 挡圈（155-8）挡圈主要是起到轴向固定的作用，其中圆锥面加挡圈固定有较高的定心度。适于轴端零件的定位和固定。可承受剧烈的振动和冲击载荷，需采取防松措施和定位。挡圈材料选用A3钢，采用车削加工即可，加工的表面质量不用很高，见图2.8。图 2.8 挡圈2.2.9 轴承盖（155-9,155-10）这个轴承盖与2.2.4基本相同，所以其设计加工制造标准也应该与2.2.4相同。这个件也是采用参数设计，加工方法也是铸造后车削加工。轴承端盖的作用一是

15、轴向固定轴承，二是起密封保护作用，防止轴承进入尘土等进入轴承造成损坏。轴承端盖是固定在轴承座或轴承室上的，固定在轴上会使密封直径加大，密封困难，见图2.9。图 2.9 轴承盖2.2.10 标准件（12-1224）标准件都是HB、GB的零件，都是有相应的国家标准，对于每一种零件的设计制造都应该满足标准件的规定。而且标准件在市场上几乎都能买到，不用自己在进行设计加工，这样会大大的提高效率，缩短生产周期，降低成本。所以其余的零部件的要求就不再文中叙述了，想要了解的话，可以查阅相关零部件的标准。通用件标准通常由行业内领袖企业制订，并被行业内广泛接受，这样企业标准就成为事实上的行业标准，也就可以称作行业

16、标准件了。现在大部分所说额标准件指的是行业标准件。第3章 工程图3.1 工程图图纸参数工程图要按照国家标准标注清楚、可以采用多个视图和局部视图了来更清晰的显示零部件，让加工者能理解设计者的加工要求。特别对于有特殊要求的部分要单独标注，否者加工者可能会按照常用的加工标准进行加工。标注的尺寸主要有结构尺寸、倒角、形状公差、标准粗超度、几何尺寸和公差等。标注尺寸的三要素,尺寸界限、尺寸线、尺寸数字。对于一个零件一定要表明其长宽高，为了方便选料，运输等。标注的尺寸文字、尺寸线、起止符、尺寸界线都有相应的国家标准，一定要按照标准进行标注。3.2 主要零件的工程图涡轮蜗杆的工程图，在标注时要标清楚形位公差

17、，表圆的时候可以在长度的前面加一个直径，对于一些错误的尺寸，可以采用假尺寸进行标注。对于标注上不能显示的齿轮的特性，可以列一个表格将齿轮的技术要求写在图纸上。对于需要剖视图要进行剖视并且表明在什么位置什么方向进行的剖视9。见图3.1。图3.1 涡轮工程图对于轴的工程图，要标注每一段轴的直径和长度，因为加工会有一定的误差，所以要将标注的余量选在不重要的轴段。对于键的标注，要采用剖视图，表明键槽的深度和键槽的宽度。轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺寸精度和轴长尺寸精度。除了尺寸精度外，一般还对支撑轴颈的几何精度（圆度、圆柱度）提出要求。对于一般精度的轴颈，几何形状误差应限制在直径公差范围内，要求高

18、时，应在零件图样上另行规定其允许的公差值。轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对于支撑轴颈间的同轴度是其相互位置精度的普遍要求。表面粗糙度也要表清楚，见图3.2。图3.2 蜗杆工程图3.3 装配设计3.3.1 装配图在产品或部件的设计过程中，一般是先设计画出装配图，然后再根据装配图进行零件设计，画出零件图；在产品或部件的制造过程中，先根据零件图进行零件加工和检验，再按照依据装配图所制定的装配工艺规程将零件装配成机器或部件；在产品或部件的使用、维护及维修过程中，也经常要通过装配图来了解产品或部件的工作原理及构造。装配图是表达机器或部件的图样，主要表达其工作原理和装配关系。在机器设计过程中，

19、装配图的绘制位于零件图之前，并且装配图与零件图的表达内容不同，它主要用于机器或部件的装配、调试、安装、维修等场合，也是生产中的一种重要的技术文件，具有非常的逻辑性，必须懂得建筑工程图纸10，见图3.3。图3.3 装配图3.3.2装配图工程图画装配图时，部件大多按工作位置放置。主视图方向应选择反映部件主要装配关系及工作原理的方位，主视图的表达方法多采用剖视的方法。图3.4 装配图工程图第四章 总结通过飞机CAD/CAM课程设计，我系统的学习了模具CAD设计摸具的设计过程，为将来成为一名合格的模具CAD设计人员打下坚实的理论基础。在设计时要考虑到很多的大学期间学到的知识，这样才能得到更成功的设计。

20、设计时要按照标准去设计，设计时各个方面都有相应的国家标准，要按照标准去设计才能。因为有很多的GB、HB件可以在相应的手册中查找到，同时这些零件在市场上都能很方便的购买到，避免自己在加工制造。所以查找标准，按照标准去加工的时候会有更高的工艺性、减小成本，缩短加工周期等优点。同时对于Catia的使用也有了一定的提高，想Catia这类三维设计软件勤使用，才能更加熟练。并且现在都是数字化加工制造，所以三维的设计制造软件对于自己来说是很重要的。总之，这次课设对于自己来说帮助很大，对于自己对于设计制造的帮助有很大的意思。参考文献1 王云渤等.飞机装配工艺学M.国防工业出版社,1990年8月.2 曾洪江.C

21、ATIAV5机械设计从入门到精通M.北京:中国青年出版社,2004.7.3 程宝渠.飞机制造协调准确度与容差分配M.北京航空工业出版社,1985.5.4 尤春风.CATIAV5高级应用M.北京:清华大学出版社,2005.5 唐荣锡.计算机辅助飞机制造M.北京:国防工业出版社,1993.6 中华人民共和国第三机械工业部部标准.飞机装配夹具.北京:1975.7 杨海成.数字化设计制造技术基础.西北工业大学出版社,2007.8 第三机械工业部第612研究所航空机械设计手册编辑组.航空机械设计手册,北京:1975.9 张玉、刘平.几何量公差与测量技术.东北大学出版社,2006.10 巩云鹏等.机械设计课程设计.东北大学出版社,2000.给大家提供一个格式模版