基于Solidworks的行星齿轮的三维建模与运动仿真（全套含CAD图纸）

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 北京工业大学耿丹学院 毕业设计 (论文 ) 基于 行星齿轮的三维建模与运动仿真 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 摘 要 行星齿轮减速器是一种至少有一个齿轮的几何轴线 绕着 固定位置转动圆周运动的传动，变速器通常和若干行星轮和传递载荷的作用，为了使功率分流。渐开线行星齿轮传动具有以下优点：传动比大，结构紧凑，体积小、质量小，效率高，噪音低，运转平稳，因此被广泛应用于冶金，工程机械，起重，运输， 航空，机床，电气机械及国防工业等部门，作为 减速、变速或增速 的齿轮传动装置 高速轴由电机驱动，带动太阳轮，然后带动行星轮转动，内齿圈固定，然后带动行星架输出运动的，在行星架上的行星轮既自转和公转，具有相同的结构。二级，三级或多级传输。 星齿轮，内齿圈，行星架，命名为基本成分后，也被称为 本设计是基于行星齿轮结构设计的特点，和 星齿轮和各种类型的特性的比较，确定方案； 其次根据输入功率，相应的输出转速，传动比的传动设计、总体结构设计；三维建模并最终完成了 模型的装配，并完成了传动部分的运动仿真和运动分析。 关键词 ： 行星齿轮减速器、运动仿真、装配、三维建模 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 is a at a of is in to so it is in as or he GW by a to is to is on or GW of a a as is of D of of of to of 3D of 3D 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 目 录 摘 要 . 1 . 3 第 1 章 绪论 . 6 国内外的研究状况及其发展方向 . 6 星齿轮的选题分析及设计内容 . 7 主要的工作内容 . 7 第 2 章 行星轮减速器方案确定 . 9 机构简图的确定 . 9 周转轮系部分的选择 . 9 行星轮减速器方案确定 . 9 行星轮系中各轮齿数的确定 . 12 第 3 章 行星减速器结构设计 . 14 基本参数要求与选择 . 14 基本参数要求 . 14 动机的选择 . 14 方案设计 . 14 机构简图 . 14 齿形及 精度 . 15 齿轮材料及性能 . 15 齿轮的计算与校核 . 16 配齿数 . 16 初步计算齿轮主要参数 . 16 按弯强度曲初算模数 m . 19 齿轮疲劳强度校核 . 20 轴上部件的设计计算与校核 . 26 轴的计算 . 26 行星架设计 . 31 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 键的选择与校核 . 35 键的选择 . 35 键的校核 . 36 联轴器的选择 . 37 箱体尺寸及附件的设计 . 38 第 4 章 建模与运动仿真 . 43 建模软件的介绍 . 43 行星齿轮机构的建模 . 43 对行星齿轮的建模 . 43 行星齿轮其他部件的建模 . 45 行星齿轮机构的虚拟装配 . 47 装配体的实现 . 58 减速机的运动仿真 . 60 仿真一般步骤 . 60 构运动分析的任务和方法 . 61 运动的生成 . 62 动分析 . 62 总 结 . 64 参考文献 . 65 致 谢 . 66 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 1 章 绪论 国内外的研究状况及其发展方向 国内对行星齿轮传动比较深入的研究最早开始于 20 世纪 60 年代后期， 20 世纪70 年代制定了 渐开线行星齿轮减速器标准系列 些专业定点厂已成批生产了 标准系列产品，使用效果很好。已研制成功高速大功率的多种行星齿轮减速器，如列车电站燃气轮机（ 3000高速气轮机（ 500万立方米制氧透平压缩机（ 6300行星齿轮箱。低速大转矩的行星齿轮减速器 已成批生产，如矿井提升机的 行星齿轮减速器（ 800双滚筒采煤机的行星齿轮减速器（ 375 世界上一些工业发达的国家，如： 日本、德国、英国、美国和俄罗斯等，对行星齿轮传动的应用、生产和研究都十分重视，在结构化、传动性能、传递功率、转矩和速度等方面均处于领先地位；并出现了一些新型的传动技术，如封闭行星齿轮传动、行星齿轮变速传动和微型行星齿轮传动等早已在现代的机械传动设备中获得了成功的应用。 世界各先进工业国家，经由工业化、信息时代化，正在进入知识化时代，行星齿轮传动在设计上日趋完善 ，制造技术不断进步，使行星齿轮传动已达到较高的水平。我国与世界先进水平虽存在明显的差距，但随着改革开放带来设备引进、技术引进，在消化吸收国外先进技术方面取得很大的进步。目前行星齿轮传动正在向以下几个方面发展： 1）向高速大功率及低速大转矩的方向发展。例如年产 300成氨透平压缩机的行星齿轮增速器，其齿轮圆周速度已达 150m/s；日本生产了巨型船舰推进系统用的行星齿轮箱，功率为 22065型水泥磨中所用 80/125 型行星齿轮箱，输出转矩高达 4150kN m。在这类产品的设计与制造中需要继 续解决均载、平衡、密封、润滑、零件材料与热处理及高效率、长寿命、可靠性等一系列设计制造技术问题。 2）向无级变速行星齿轮传动发展。实现无级变速就是让行星齿轮传动中三个基本构件都传动并传递功率，这只要对原行星机构中固定的构件附加一个转动（如采用液压泵及液压马达系统来实现），就能成为变速器。 3）向复合式行星齿轮传动发展。近年来，国外将蜗杆传动、螺旋齿轮传动、圆锥买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 齿轮传动与行星齿轮传动组合使用，构成复合式行星齿轮箱。其高速级用前述各种定轴类型传动，低速级用行星齿轮传动，这样可适用相交轴和交错轴间的传动，可实现大 传动比和大转矩输出等不同用途，充分利用各类型传动的特点，克服各自的弱点，以适应市场上多样化需要。 4）向少齿差行星齿轮传动方向发展。这类传动主要用于大传动比、小功率传动。 星齿轮的选题分析及设计内容 本设计以 本设计基于 维绘图功能 。先确定总体思路、设计总体布局，然后设置零部件，最后完成一个完整的设计。利用 动学仿真等功能。 行星齿轮减速器的体积、重量及其承载能力主要取决于传动参数的 选择，设计问题一般是在给定传动比和输入转矩的情况下，确定各轮的齿数，模数和齿宽等参数。其中优化设计采用 带的模块，模拟真实环境中的工作状况进行运动仿真，对元件进行运动分析。 减速器作为独立的驱动元部件，由于应用范围极广，其产品必须按系列化进行设计，以便于制造和满足不同行业的选用要求。针对其输人功率和传动比的不同组合，可获得相应的减速器系列。在以往的人工设计过程中，在图纸上尽管能实现同一机座不同规格的部分系列表示，但其图形受到极大限制。采用 仅 能完善上述工作，方便设计操作，而且使系列产品的技术数据库，图形库的建立、查询成为可能，使设计速度加快。在设计过程中，我利用互联网对本课题的各设计步骤与任务进行了详细了解。采用计算机辅助设计的技术，利用 数化建模动态仿真。 主要的工作内容 1. 设计计算部分：分析行星齿轮机构传动方案；并通过计算分析，确定行星轮系齿轮的齿数、模数和轴、行星架的各项参数，校核齿轮的接触和弯曲强度；完成内外啮合齿轮、轴、行星架的设计计算；在整机设计开发背景下，结合运动参数完成建模。 2. 工程仿真分 析部分：本论文利用三维软件 完成与整机的装配；利用 速器机构模型进行全局运动仿真，对内买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 外啮合齿轮传动进行运动学分析。 全套图纸加 Q 401339828 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 第 2 章 行星轮减速器方案确定 机构简图的确定 减速器传动比 i=属于 1级 查渐开线行星齿轮传动设计书表 4定 2 或 3。 从提高传动装置承载力，减小尺寸和重量出发，取 3。 计算系统自由度 W=3*3 周转轮系部分的选择 周转轮系的类型很多，按其基本构件代号可分为 23其中 Z 中心轮 )。其他各种复杂的周转轮系，大抵可以看成这三类轮系的联合货组合机构。按传动机构中齿轮的啮合方式、又可分为许多传动形式，如 中 N 内啮 合， W 外啮合， G 公用齿轮， 锥齿轮）。其传动类型与传动特点如表 1 行星轮减速器方案确定 构简单、轴向尺寸小、工艺性好、效率高；然而传动比较小。但 样便克服了淡季买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 传动比较小的缺点。 表 1传 动 类 型 机构简图 传 动 特 性 应用特点 类 组 性 传动比范围 传动比推荐值 传递功率 号 机 构 13.7 9 不限 广 泛 地用于动力及辅助传动中，工作制度不限，可作为减速、增速和差速装置 轴向尺寸小，便于串联多级传动，工艺性好 50 525 不限 7时，径向尺寸比 推荐采用 工作制度不限 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 1700 一个行星轮时30100三个行星轮时 610 1 按所给 区域图取 2 阳轮齿根圆角敏感系数 查【 5】图 6星齿轮齿根圆角敏感系数 查【 5】图 6R，查【 5】图 6最小安全系数 按高可靠度，查【 5】表 6 太阳轮： 弯曲应力基本值：= 2.（ 3 弯曲应力： = 24 7 0 . 2 5 N / 1 . 61 . 0 4 50 . 9 6123 7 . 5 （ 3 故015 ,满足寿命要求。 行星架设计 因为单臂式行星架结构简单，可容纳较多的行星 轮，所以选择单臂式行星架。轴与孔之见采用过盈配合（用温差装配，配合长度为 围内取，取配合长度为 20左端与齿轮轴配合长度为 20与轴之间采用间隙配合。基本几何参数如图 3示 （三）、滚动轴承选择 2、高速轴轴承的校核 根据轴承型号 30307 查设计手册取轴承基本额定动载荷为： C=75200N；基本额定静载荷为： 2500 求两轴承受到的径向载荷 将轴系 部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。有力分析可知： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 1 1 81941068810610622222222212121121 求两轴承的计算轴向力21 F 和对于圆锥滚子轴承，轴承派生轴向力， 此可以估算： 12 73 1 2 则轴有向右窜动的趋势，轴承 1被压 紧，轴承 2被放松 求轴承当量动载荷 21 查设计手册知 e=3轴承 1 1 轴承 2 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 因轴承运转中有轻微冲击 ,查课本表 13 pp 则 验算轴承寿命 因为 21 ,所以按轴承 1的受力大小验算 10616 1 2 7 51 7 2 2 hL h 1440002430020 选择轴承满足寿命要求 . 1、低速轴轴承的校核 根据轴承型号 30306 查设计手册取轴承基本额定动载荷为： C=59000N；基本额定静载荷为： 3000 求两轴承受到的径向载荷 将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。有力分析可知： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 6 6 419391102919122222222212121121 求两轴承的计算轴向力21 F 和对于圆锥滚子轴承，轴承派生轴向力， 此可以估算： 12 12 9 8 则轴有向左窜动的趋势，轴承 1被压紧，轴承 2被放松 求轴承当量动载荷 21 查设计手册知 e=3轴承 1 1 轴承 2 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 因轴承运转中有轻微冲击 ,查课本表 13 pp 则 验算轴承寿命 因为 21 ,所以按轴承 1的受力大小验算 10616 49 9 1 7 445 9 00 013060106010 hL h 1440002430020 选择轴承满足寿命要求 . 键的选择与校核 键的选择 在本设计中，所选择的键的类型均为 A 型圆头普通平键，其材料为 45钢，在带轮1上键的尺寸如下表所示： 轴 键 键 槽 半径 r 公 称 直 径 d 公称 尺寸 b h 宽度 b 深度 公称 尺寸 b 极限偏差 轴 t 毂 1t 一般键联结 轴 公称 尺寸 极限 偏差 公称尺寸 极限偏差 最小 最大 28 8 7 8 0 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 键的校核 键的剪切强度校核 键在传递动力的过程中，要受到剪切破坏，其受力如下图所示： 图 5键剪切受力图 键的剪切受力图如图 3中 b=8 =25 =30 由前面计算可得，轴上受到的转矩 T=55 N m ，由键的剪切强度条件： 2 （其中 （ 5 3 3 32 5 58 1 0 2 5 1 0 5 5 1 0 =10 M 30 （结构合理） 键在传递动力过程中，由于键的上下两部分之间有力偶矩的作用，迫使键的上下部分产生滑移，从而使键的上下两面交界处产生破坏，其受力情况如下图所示：（初取键的许用挤压应力 =100 ） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 图 5键挤压受力图 由 （ 5 3 3 68 1 0 2 5 1 0 1 0 1 0 =2000 N 又有 s b （ 5 3320002 5 1 0 1 0 1 0 8 结构合理 联轴器的选择 联轴器的计算转矩2，查课本表 14虑到转矩变化很小，故取3.1则 1 1 3 6 4 68 7 4 2 按照计算 转矩手册，选用 弹性柱销联轴器，其公称转矩为 联轴器的孔径 d =24 6）润滑与密封 齿轮的润滑 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 采用浸油润滑，浸油深度为一个齿高，但不小于 10 滚动轴承的润滑 由于轴承周向速度为 1m/s 30 50 ，取 4 40箱体内壁至箱底距离0h： 0h 20速器中心高 H：a 2 4 0 249H R + + h 4 0 2 0 1 8 4 . 5 m ，取 H 185 箱盖外壁圆弧直径 R：a 2 1 249R R + + 1 0 8 m 箱体内壁至轴承座孔外端面距离 1L C 1 + C 2 + + （ 5 10 ） 8+18+16+8 50箱体内壁轴向距离 2 1 2L b + 2 m m 1 2 + 2 1 0 32 两侧轴承座孔外端面间距离 3 2 1L L + 2 L 3 2 2 5 0 m m 132 2、附件的设计 （ 1）检查孔和盖板 查机械基础 20 4，取检查孔及其盖 板的尺寸为： A 115， 160， 210， 260， 360,460，取 A 1151 957570B 90mm 目 n 4 R 10 h 3 A B 1 2 h R n d L 115 90 95 70 75 50 3 10 4 5 （ 2）通气器 选用结构简单的通气螺塞， 由机械基础 20 5，取检查孔及其盖板的尺买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 寸为（单位： d D L l a 22 2 2 29 15 4 7 （ 3）油面指示器 由机械基础 录 31，取油标的尺寸为： 视孔 0 4 21 23 6 A 形密封圈规格 （ 4）放油螺塞 螺塞的材料使用 带有细牙螺纹的螺塞拧紧，并在端面接触处增设用耐油橡胶制成的油封圈来保持密封。 由机械基础 20 6，取放油螺塞的尺寸如下（单位： d l a D S 24 2 34 31 16 4 2 26 （ 5）定位销 定位销直径 62d d 0 . 8 1 0 8 m m ，两个，分别装在箱体的长对角线上。 1Lb+b 12+12 24，取 L 25 （ 6）起盖螺钉 起盖螺钉 10个，长度 L箱盖凸缘厚度 2 L 15端部制成小圆柱端，不带螺纹，用 35钢制造，热处理。 （ 7）起吊装置 箱盖上方安装两个吊环螺钉，查机械基础 录 13， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 取吊环螺钉尺寸如下（单位： d（ D） d1(称） d2(h1(h 8 0 18 36 r1 r(l(公称 ) a(b（ 称 称 4 1 16 0 13 座凸缘的下方铸出吊钩，查机械基础 20 7 得， B=2=18+16=34=4*h=b=2 =2*8=16文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 43 第 4 章 建模与运动仿真 建模软件的介绍 目前中国市场的常见的三维 、 X、 个产品都有着自己的发展历史和特点，在设计功能、模块设置、操作方法、以及外围产品等方面各有千秋。 其中、 维 由于 作简单、方便，在同类产品中性价比更优。与其它各种三维软件兼容性好且具有高端三维机械设计软件类似的功能，而且功能强大技术创新和易学易用是 得 为 全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品 /消费品、离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。 本论文 利用 某阀门主减速器内两级行星齿轮传动机构为例，构建了行星齿轮机构模型，结合 本论文先利用 后对各个零部件进行装配，然后通过 其各 项数据进行研究分析。 另外在齿轮建模的过程中，需要利用到 过 够更为准确的建立齿轮模型，能够防止在行星齿轮机构的装配中出现干涉的情况。 行星齿轮机构的建模 对行星齿轮的建模 在 对渐开线齿轮进行建模时，时常会发生误差，从而对齿轮的后续装配产生影响，虽然目前有许多种齿轮的建模方法，基于方便的原则，本文采用了在 后转入到 样能够很好的保证齿轮的轮廓为渐开线齿轮。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 44 点击保存，保 存为 存名称为输入齿轮轴。 创建 3 个行星轮和内齿圈的三维实体模型。 图 1 渐开线生成图 由于渐开线行星齿轮减速器靠齿轮的啮合来传递运动与动力 ,齿轮的参数化建模最为关键。齿轮齿廓由渐开线、过渡曲线、齿根圆、齿顶圆几部分组成 ,并不是连续的曲线 ,所以在绘制过程中也需要这几种曲线的组合。渐开线齿轮这几部分的几何尺寸都是由齿轮的模数 m、齿数 z、变位系数 x 决定的 ,是独立变量 ,因此应将 m,z,x 作为驱动尺寸。则渐开线齿轮零件形体尺寸即相关变量可用如下参数化模型表达。 分度圆半径 12r 1） 齿根圆半径 *1 ()2f f ar r h m z h c x m （ 2） 齿顶圆半径 *1 ()2a a ar r h m t h x a m （ 3） 齿根过渡圆角半径 * / (1 s i n )fp c m a（ 4） 式中 ,m 为模数 ;z 为齿数 ;为标准齿形角 ; *正常齿取 齿取 *c 为顶隙系数 ,正常齿取 齿取 0.3;x 为变位系数 ; 为齿顶高变动系数 ;分度圆上的展角 通过起点为 这时 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 45 , 2i z 为 1/ 2 齿厚的夹角。将坐标旋转 ,然后以 y 轴为镜像中心 (图 1) ,进行镜像 ,这样轮齿的两条渐开线绘毕。将渐开 线按其与齿顶圆、齿根圆的交点进行修剪并在齿顶圆与齿根圆上画出它们与渐开线的交点之间的两段圆弧 ,使其组成封闭曲线 ,再拉伸至相应宽度 ,这样 ,一个轮齿就绘制好了。圆形阵列上述特征 ,齿轮的三维参数化造型就完成了。依照上述过程 ,可以编制出齿轮绘制程序。画出的齿轮造型如图 2。 图 2 齿轮造型图 （ 5）选择插入 凸台 /基体 旋转凸台 /基体，弹出对话框，对草图进行旋转拉伸。 行星齿轮其他部件的建模 行星齿轮的建模与输入齿轮轴的齿轮方法相同，通过 后转入到 ，建立行星齿轮模型。基本方法与输入齿轮轴相同。 对于其他各个部件的建模与输入齿轮轴的建模类似，通过旋转、拉伸、扫描获得。行星