基于solidworks的二级减速器建模 本科毕业设计

分类号UDC单位代码10644密级公开学号2011050418本科毕业设计基于SOLIDWORKS的二级减速器建模学生姓名二级学院物理与机电工程学院专业机械工程及自动化班级学号2指导教师完成时间年月日中国达州年月目录摘要3ABSTRACT41绪论52二级直齿圆柱齿轮减速器设计621设计参数622传动装置总体设计623选择电动机7231计算电动机所需功率P7232确定电动机转速724确定传动比825计算传动装置的运动和动力参数8251各轴转速9252各轴输入功率9253各轴输入转矩926高速级大小齿轮的设计10261材料10262齿面接触强度设计11263验算轮齿弯曲强度11264高速级齿轮各参数尺寸1227低速级大小齿轮的设计12271材料12272齿面接触强度设计13273算轮齿弯曲强度14274低速级齿轮各参数尺寸1428设计V带和大带轮15281确定V带型号,计算PC15282确定带轮的直径，验算带速15283确定V带基准长度和中心距A15DL284算小带轮包角16285V带根数Z1629验算总运动误差16210减速器机体结构尺寸如下17211轴的设计182111第一根轴设计及校核182112第二根轴的设计及校核222113第三根轴的设计及校核25212高速轴大齿轮、低速轴大齿轮的设计29213联轴器的选择30214润滑方式30215减速器附件设计302151窥视孔盖和窥视孔302152放油螺塞302153油标302154通气器312155启盖螺钉312156定位销312157环首螺钉、吊环和吊钩313减速器的三维建模及组装3231轴承的造型3232轴承端盖的造型3233上箱盖的三维造型3334下箱体的三维造型3335箱体的装配344总结35参考文献36致谢37基于SOLIDWORKS的二级减速器建模机械工程及自动化2011级X班XXX指导教师XXX摘要本设计讲述了带式运输机的传动装置二级直齿圆柱齿轮减速器的设计过程。首先进行了传动方案的评述，选择齿轮减速器作为传动装置，然后进行减速器的设计计算，并通过对各个零件的分析阐述了减速器各部件的装配关系及其工作原理。此外设计采用SOLIDWORKS对其三维建模及装配，使得设计的减速器更加形象具体化，让人一目了然。然后通过SOLIDWORKS转换为二维图纸，完成齿轮减速器的二维平面零件图和装配图的绘制。关键词减速器；SOLIDWORKS；三维建模；模型装配SECONDARYREDUCERMODELINGBASEDONSOLIDWORKSMECHANICALENGINEERINGANDAUTOMATIONTHECLASSXOFGRADE2011XXXTHEINSTRUCTORXXXABSTRACTTHEDESIGNOFBELTCONVEYORDRIVELEVEL2STRAIGHTTOOTHCYLINDRICALGEARREDUCERDESIGNPROCESSFIRSTHASCARRIEDONTHETRANSMISSIONSCHEME,SELECTINGGEARREDUCERASTRANSMISSIONDEVICE,THENTHECALCULATIONOFTHEDESIGNOFTHESPEEDREDUCERANDTHROUGHTHEANALYSISOFEACHPARTEXPOUNDSTHEREDUCERPARTSASSEMBLYRELATIONANDITSWORKINGPRINCIPLEMOREOVERDESIGNUSINGSOLIDWORKS3DMODELINGANDASSEMBLYTOITS,MAKETHEIMAGEDESIGNOFTHEREDUCERISMORESPECIFIC,LETAPERSONBECLEARATAGLANCETHENTHROUGHSOLIDWORKSISCONVERTEDINTO2DDRAWINGS,COMPLETEGEARREDUCEROFTWODIMENSIONALPLANEPARTDRAWINGANDASSEMBLYDRAWINGKEYWORDSREDUCERSOLIDWORKS3DMODELINGASSEMBLYMODEL1绪论本论文以二级圆柱齿轮减速器为例，对各级传动齿轮、轴、轴承、键、箱体等进行设计计算，并且进行三维造型，进一步对齿轮，轴，键等一些重要零件的强度、刚度、稳定性进行了仔细的校核。利用SOLIDWORKS软件进行齿轮、轴、轴承、轴承端盖、箱体等零部件的三维造型，最终装配成一台二级圆柱直齿轮减速器，验证设计结果的正确性，并让其得到最直接的体现。此外减速器及齿轮技术发展的总趋势为“六高、二低、二化”六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率；二低即低噪声、低成本；二化即标准化、多样化1。采用SOLIDWORKS等CAE方法设计机械零部件，可缩短设计周期，节约设计成本，提高设计正确性。通过完成本设计，可掌握机械设计的一般程序、方法、设计规律、技术措施，了解现代CAD设计方法，为以后的学习和工作积累经验，锻炼解决问题的能力，所以本课题的研究具有重要意义2。在本次设计中采用SOLIDWORKS来进行零部件的三维造型及装配，在过程中加深了对减速器的理解，强化对软件的运用。SOLIDWORKS的软件功能十分强大，但是组件有点多。同时SOLIDWORKS功能强大，学习简单，设计方便等特点让它成为了先如今运用最为广泛机械制图的软件之一。对于每一个从事机械设计工作的人来说，SOLIDWORKS操作十分的简单，同时学习也方便，运用也方便，对于电脑配置的要很容易满足。同时，在运用该软件绘图修改也很方便，即使是组装好的三维模型，如果需要修改的时候也直接打开装配体上的零件，然后对其修改，再修改完后装配体上也会完成修改，更加方便快捷。2二级直齿圆柱齿轮减速器设计21设计参数1要求拟定传动方案由电动机、V带、减速器、联轴器、工作机构成。2工作条件双班制工作，有轻微振动，小批量生产，单向传动，减速器使用年限为5年，轴承寿命2年，运输带允许误差5。3已知数据运输带卷筒转速为了37R/MIN,减速箱输出轴功率P375马力。22传动装置总体设计1）组成传动装置由电动机、减速器、工作机组成。2）特点齿轮的位置不对称，故沿轴向载荷分布不均匀，对轴的刚度有很大的要求。3）确定传动方案23541IIIVPDPW图21设计传动简图23选择电动机231计算电动机所需功率P电机所需功率W电总查参考文献3第3页表17每对轴承传动效率099轴承联轴器的传动效率099联轴器平皮带平皮带的传动效率096电动机到工作机之间的传动装置的总效率总（2联轴器平皮带齿轮轴承总24V1）带入数据得8290总（23754WP电总马力2）45P电马力232确定电动机转速查参考文献4第7页表1V带适合传动比为24，二级圆柱齿轮减速器适合传动比为I840所以电动机转速的可选范围是NDNW248408001600R/M符合这一范围的电动机转速有1000R/M、1500R/M。根据电动机所需要的功率和转速查参考文献3第155页表21有2种适用的电动机型号，因此有2种传动比方案如下表21电动机型号选择考虑到电动机价格和它的尺寸、重量、和带传动的传动方式、减速器的传动比等因素，第2种方案更能符合要求，所以选用电动机型号为Y132M16，其主要参数如下表22电动机的主要参数24确定传动比总传动比9602537WNI电总总传动比方案电动机型号额定功率KW同步转速R/MIN额定转速R/MIN重量KG总传动比V带传动减速器1Y100M44150014404369837518862Y132M16410009607546533331397堵转转矩堵转电流最大转矩噪声额定功率额定电流转速效率功率因数额定转矩额定电流额定转矩1级2级振动速度重量型号KWAR/MINCOS倍倍倍DBAMM/SKGY132M164949608400820652266711875分配传动比取,则3VI1259863VII总取经计算123I258I1I59总3V258I25计算传动装置的运动和动力参数将装置上的各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴、3轴、4轴251各轴转速（2196032/MINDVNRI3）（2123095/INNRI4）（2237530/MIN8NRI5）（24370/INNR6）252各轴输入功率（21V452094P电马力7）（2212112098417轴承齿轮马力8）（232322470P轴承齿轮马力9）（24343396P轴承联轴器马力10）253各轴输入转矩（26611429702470530PTNMN11）（266224177041703295N12）（26633407024172173PTNMN13）（26644970217021751830N14）运动和动力参数结果如下表表23轴的参数功率P马力转矩TNMM轴名输入输出输入输出转速R/MIN电动机轴452942539601轴4294417942533067023202轴4174043067027669459553轴4043967669457517583704轴39675175837026高速级大小齿轮的设计261材料查参考文献5表101高速级小齿轮选用，齿面硬度为45优质碳素钢调质220HBS。高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为190HBS。45查参考文献5第210页图1025（D）得LIM150HMPALIM230HMPA查参考文献3第165页表114得105HS（2LIM1LI152380HAS15）LI2LI20471HMP（216）查参考文献5第209页图1024C得LIM190FALIM2180FMPA查参考文献5第165页表114得35S故（217）LIM11904735FMPAS（218）LI228F262齿面接触强度设计8级精度制造，查参考文献5第195页表103得均匀载荷，载荷系数；由于是非对称分布，取齿宽系数取高速级传动比12K03A,区域系数1I35194253TNM计算中心距2213315129453159008AHKTAIMI可取160,165,170等；M可以取25,3,4等。112Z21ZI当取，取M25时，反求不合理160A121973AZI，当取，取M3时，反求很接近151212584ZI，调整数据，令,返回运算验证，得28Z6AM当取，取M3时，反求不合理105A当取，取M3时，反求不合理所以令，M3,，165A125Z8传动比21ZI34分度圆直径1257DZ，23852DMZM齿宽取，036AB1B0B高速级大齿轮，高速级小齿轮，2M28Z1125Z263验算轮齿弯曲强度查参考文献5第200页图1017得125Z1273FY84按最小齿宽0BM（2111229735205FFFKTYMPAZ19）（22F21124327FFYMPA20）所以安全。齿轮的圆周速度（2134752016/606DNVMS21）264高速级齿轮各参数尺寸,165AM320125,8Z2H375FFHCM1175DZ23D8AAM261AA1126FFH2475FFHM5B50B27低速级大小齿轮的设计271材料高速级小齿轮选用，齿面硬度为220HBS。高速级大齿45优质碳素钢调质轮选用钢正火，齿面硬度为190HBS。45查参考文献5第210页图1025（D）得LIM150HMPALIM230HMPA查参考文献5第165页表114得HS故（2LIM1LI150238HMPAS22）（223）LIM2LI2530471HMPAS查参考文献5第209页图1025（C）得LIM190FPALIM2180FMPA35F故（224）LIM119047FMPAS（225）LI22835F272齿面接触强度设计8级精度制造，查参考文献5第194页图108得均匀载荷，载荷系数；由于是非对称分布，取齿宽系数取高速级传动比12K03A,区域系数2I523067TNM计算中心距22133225120673580748AHKAIMI所以可取210，215,220等；M可以取25,3,4等。212AMZ21ZI当，取时，,，反求合理。204129AI275Z调整数据令,返回验证276Z20M所以令，10AM419Z276传动比21I6Z分度圆直径4916DZM，247630DZM齿宽则取,203AB1B25低速级大齿轮,265BM276Z低速级小齿轮,17019273算轮齿弯曲强度查参考文献5第200页图1017得,128ZA1284FYSA157,6286按最小齿宽70BM（2211123639454FFFKTYMPAZ26）（22F2126962FFAY27）所以安全。274低速级齿轮各参数尺寸,210AM42012,05,9,76HCZ,H25FFHCM1196DZ2430D24AAM21AA110FFH29FFHM7B65B28设计V带和大带轮281确定V带型号,计算PC查参考文献5表136得双班制工作，工作时间为16小时，则13AKD132416CAPKKW根据4316KWND960R/MIN,C查参考文献5第205页图135，选择A型V带。282确定带轮的直径，验算带速106,2,DD2取315MM21310623164VIM验算带速490/53/DNS带速V在525范围内，合适。283确定V带基准长度和中心距ADL初步选取中心距A取A0630MM01255106315ADM由参考文献5第195页式（132）得2201210012635631544LDMAA查参考文献5第202页表132取。由参考文献5第206页式136计算实0DLM际中心距0011632938612DAL实际中心距在07（D1D2）2D1D2之间，合理。284算小带轮包角由参考文献5第195页式131得,合理21315068057873120DA285V带根数Z由参考文献5第204页式1315得960/MINDNR106D查参考文献5第203页表133，得01PKWV带传动比2135362VDI查参考文献5第204页表134得表135得10095AK查参考文献5第202页表132得3LK（20031670950LCPZK28）所以取4根A型V带。求作用在带轮轴上的压力QF查参考文献5第201页表131得Q010KG/M，故由参考文献5第197页式137得单根V带的初拉力（222055043162510136809CAPFQVNZVK29）作用在轴上压力。（21016222480305QFZSINSINN30）29验算总运动误差（21237685209VVIII总减齿轮齿轮31）误差，在5的范围内5149037210减速器机体结构尺寸如下表24减速器的结构尺寸名称符号计算公式结果箱座厚度025310A10箱盖厚度11869箱盖凸缘厚度B135箱座凸缘厚度B515箱座底凸缘厚度2225地脚螺钉直径FD12036AFM20地脚螺钉数目N查手册4轴承旁联结螺栓直径1FD71M16盖与座联结螺栓直径2D（0506）2FM12地脚螺钉的间距2DL50L175轴承端盖螺钉直径3（0405）3FD10（1轴）10（2轴）10（3轴）视孔盖螺钉直径4D（0304）4FDM6定位销直径D（0708）2D10，至外箱壁FD12的距离1C，至凸缘边缘距F2离2凸台高度H外箱壁至轴承端面距离1L（812）1LC2大齿轮顶圆与内箱壁距1214齿轮端面与内箱壁距离2212箱盖，箱座肋厚1M11085810轴承端盖外径2D（555）23D1325（1轴）1325（2轴）1475（3轴）轴承端盖螺钉分布圆直径0D0325D105（1轴）105（2轴）165（3轴）轴承端盖沉孔直径5D03D76（1轴）101（2轴）135（3轴）螺栓距离S2D120（1轴）145（2轴）190（3轴）211轴的设计2111第一根轴设计及校核,，2316PKW13056QFN194253TM1320/INNR材料选用钢调质处理。4最小直径的确定根据参考文献5第230页式142,取，C112，得35MPA，电动机轴径，第一根轴第一段轴133MIN6240PDCM8D径装配大带轮，且所以查参考文献5第9页表116取，18D13M带轮装有四根V带，所以15260L带轮（）故轴段长160LM进行轴的结构设计173351HD查参考文献3第85页表712取，2024240DM而轴承处又要求过盈配合，需采用轴肩，查参考文献3第62页表61选用6209轴承，轴承宽B19MM；根据减速箱内壁距离，轴35DM85D承端盖凸缘厚度。9TM箱体内壁宽度L160MM箱体外壁间的距离B290轴承内壁到箱体内壁的距离8；L265箱盖到带轮的距离1520取19轴段设计示意图如下图22一轴的参数求作用在轴上的作用力带轮作用在轴上的压力为（213056QFN32）齿轮作用在轴上的圆周力（2129425137TTD33）径向力（20TAN2948RFN34）齿轮产生的轴承支反力铅垂面4203BVRN546AVR水平面185H982HN轮对轴产生的轴承支反力632BF6AF选定危险截面,截面1齿轮中心；截面2齿轮右端。求齿轮产生的弯矩水平面（21235867HAMRNM35）（2204HB36）铅垂面（212356134721VAQMRFNM37）08BV合成弯矩由于存在特殊情况，将与直接相加QFM2HV（221135AHVNM38）（2227264AHVM39）扭矩19453TNM合成当量弯矩转矩不变，有轻度振动，取30（2221160EAM40）222478EATNM（241）图23一轴的受力分析图计算当量应力，（215DM1132640EEMPAD42），（225D223810196EEAD43）查表得钢,45MPAB6011E，21B所以第一根轴设计合理。键的设计与校核根据与带轮配合处轴段，,由于在3240范围内，故135DM135DM轴段上采用普通A型键，,1DBH08综合考虑取L36，62LL1942TN（214925317986PTMPADHL44）查表得合理P0P2112第二根轴的设计及校核，2307KW23067TNM295/INNR材料选用钢调质处理。45最小直径的确定根据参考文献5第230页式142,取，C112得35MPA2MIN33071695PDCM考虑到可以与第一根轴的轴承相适应，所以查参考文献3第9页表116也1取，查参考文献3第页62表61选用6208轴承，B18,D80,MIN4019537LB进行轴的结构设计设计轴段装配低速级小齿轮，取，L285MM，因为要比齿轮孔2D245DM长度少。3M在设计是考虑增加L12L22来保证定位的准确性。设计轴段装配高速级大齿轮，取L450MM。4D45DM设计轴段段要装配轴承，所以查参考文献3第9页表116取，5540DM查参考文献3第62页表615189037LM两端轴承外侧采用19MM的套筒定位轴承，轴承端盖深入轴承座12MM。轴段设计示意图如下图24二轴的参数求作用在轴上的作用力齿轮圆周力21406TTFND径向力1TAN8R齿轮圆周力25TTD径向力02TAN194RFN求轴承的支反力铅垂面1245673TTBVR21049ATTBVFR水平面232RRBHN2158ARBHR危险截面截面1低速级齿轮中心；截面2轴环左端；截面3高速级齿轮中心。求齿轮产生的弯矩铅垂面156814VAMRNM29325TF3VB水平面156804HARNM219327RMF35HB合成弯矩2114AVNM220378H23369AVM扭矩2067TNM合成当量弯矩转矩不变，有轻度振动，取3022111830EA225MTN23396EAM图25二轴的受力分析图计算当量应力截面1，3有键槽,轴径减少4,4965096432DM截面2尺寸突变，存在应力集中，轴径4,4965096432DM1138EEMPA2270433651EE查表得45钢,PAB01123EE，均1B所以第二根轴设计合理。键的设计与校核根据高速级齿轮配合处轴段，故2D轴段上采用普通A型键245DMBH149综合考虑取L45，,13LLB2067TNM230679451PTMPADHL查表得合理MPAP10P根据低速级齿轮配合处轴段，故2D轴段上采用普通A型键245DMBH149综合考虑取L45，,13LLB2067TNM24306795PTMPADHL查表得合理A12113第三根轴的设计及校核，3297PKW376945TNM37/INR材料选用钢调质处理。45计算最小轴段直径转矩主要作用在轴上，按扭转强度计算，取C112得该轴段上开有键槽，且要安装联轴器，33MIN297148PDCM因此取,轴段与联轴器相联。IN5012L各轴段结构设计为使联轴器轴向定位，在外伸端设置轴肩，因为大带轮要靠轴肩定位，且还要配合密封圈，107306537HDM，查参考文献3第85页表72，此尺寸符合21525DM标准值，则第二段轴径。设计轴段，方便轴承装卸，查参考文献3第62页，表61，取3D，采用挡油环对轴承定位。选轴承6012D95MM,B18MM。360DM设计轴段，由于轴向定位，故取，4465DM465L设计轴环及宽度B，5D0730839H570DM设计轴段65D设计另一端轴颈7确定各轴段长度有联轴器的尺寸决定1L12LM293063948LB4LM51LBM731213轴段设计示意图如下图26三轴的参数求作用在轴上的作用力齿轮作用在轴上的圆周力327694507TTFND径向力018RTG。求齿轮产生的轴承支反力铅垂面53617TBVFRN12547AVTBVRFN水平面04RH38HR选定危险截面,截面1齿轮中心；截面2齿轮右端；求齿轮产生的弯矩水平面1531864HAMRNM28713548HBMRNM铅垂面272VB1629VA合成弯矩由于有特殊情况，将与直接相加F2H211987AHVMNM224扭矩3765T合成当量弯矩转矩不变，有轻度振动，取30221130EAMNM225T图27三轴的受力分析图计算当量应力截面1有键槽，轴径降低4，165DM13247096EEMPAD，2223EE查表得钢45PAB6011E，2，3E均1B所以第三根轴安全。键的设计与校核因为装联轴器查参考文献5第153页表109选键为，150DM149BH查参考文献5第155页表1010,因为L1107，初选键长为L100MM2BMPA校核所以选键为4769457201BTPADLH149BH,L100MM；装齿查轮参考文献5153页表109选键为，查参考65M8文献5第155页表1010,因为L693初选键长为L90MM，102BMPA校核所以选键为4794596018BTMPADLH，L90MM。18B212高速轴大齿轮、低速轴大齿轮的设计高速轴大齿轮采用腹板式结构261ADM表25高速齿轮的参数代号结构尺寸和计算公式结果轮毂处直径HD164572HSDM72轮毂轴向长度LHLB55齿根圆处的厚度00254M10腹板厚度C3CB齿宽15低速轴大齿轮采用腹板式结构312ADM表26低速齿轮的参数代号结构尺寸和计算公式结果轮毂处直径HD165104HSDM104轮毂轴向长度LHLB91齿根圆处的厚度00214腹板厚度C3C齿宽195213联轴器的选择计算联轴器所需的转矩查参考文献5第269表171取CATK15AK31576941502CATKNM查参考文献3第94页表87得弹性柱销联轴器型号为HL4。214润滑方式齿轮圆周速度，齿轮采用油池润滑；12/VMS轴承轴颈速度，轴承采用脂润滑，并用挡油环50/INDNR将轴承与油池中的稀油隔离。215减速器附件设计为了观察齿轮的啮合情况，改善齿轮及轴承的润滑条件、方便通气及装拆吊运等，减速器常安装有各种附件。2151窥视孔盖和窥视孔减速器机盖的顶部开窥视孔是为了方便检查齿轮的啮合、润滑、齿侧间隙等。窥视孔应该开孔在能看见齿轮啮合的位置，大小要方便单手进行操作，检修。润滑油由窥视孔倒入，为了防止进入杂质，还应该在孔上安装过滤网。窥视孔盖由钢制成。2152放油螺塞放油孔应在油池最低处，在减速器不与其它部件靠近的一侧，方便放油。放油孔用螺塞堵住，所以油孔处的机体外壁要凸起一部分，用来加工成螺塞的支撑面，并且加封油圈以加强箱体的密封性。2153油标油标常放在便于观测减速器油面的地方。用油标时，应使机座油尺座孔德倾斜位置便于加工和使用，油尺安置的部位不能太低，以防油进入尺座孔而溢出。2154通气器在减速器运转时，温度要升高，气压会增大，不利于减速器密封。所以在窥视孔盖上安装通气器，使气体自由溢出，平衡内外的压力，提高密封性能。2155启盖螺钉启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖凸缘的厚度，钉杆端部要做成圆柱状，大倒角或半圆形，以免顶坏螺纹。2156定位销为了保证机体的轴承座孔的装配精度，在机体两端各安置一个圆锥定位销。两销距离要适当远点，提高定位精度。定位销的直径一般取D（0708）D2，D2为机体联接螺栓直径。2157环首螺钉、吊环和吊钩为了便于拆卸和搬运，应该在机盖上铸出吊钩、吊环，并在机座上铸造吊钩。环首螺钉为标准件，可按起重量由手册选取。因为环首螺钉要受到较大载荷，所以在装配时一定要把螺钉完全拧入，使其抵紧机盖上的支撑面。因此，螺钉孔必须局部铸造大。环首螺钉用于拆卸机盖，也允许用来吊运轻型减速器。3减速器的三维建模及组装31轴承的造型通过调用SOLIDWORKS标准件库的轴承，完成轴承的设计。表27轴承1轴上2轴上3轴上型号6209AC6208AC6012AC三维图32轴承端盖的造型轴承端盖运用凸缘式，运用旋转、拉伸去除、倒圆等特征工具分别完成对六个轴承端盖的造型。表28端盖33上箱盖的三维造型通过运用拉伸、切割、钻孔、倒角、倒圆、拉筋等特征工具完成下箱体的三维造型。其三维造型如下图28上箱体34下箱体的三维造型通过运用拉伸、切割、钻孔、倒角、倒圆、拉筋等特征工具完成下箱体的三维