基于PROE进行减速器的设计及仿真论文

基于 PROE进行减速器的设计及仿真 摘要 ： Pro/Engineer 一个参数化、基于特征的实体造型系统，具有单一数据库功能。本文在减速器零部件几何尺寸数值计算的基础上，利用 Pro E 软件实现了齿轮系和轴系等零件特征的三维模型设计；利用 Pro E 软件实现了齿轮系和轴系的虚拟装配，具有较好的通用性和灵活性。此系统的实现可以使设计人员在人机交互环境下编辑修改，快速高效地设计出圆柱齿轮减速器产品，同时通过PRO/E 对二级减速器进行建模设计，规划零件的装配过程，对实现预期的运动仿真，建立机构运动分析，提高效率和精度 奠定了基础。 关键字： 二级减速器 轴承 齿轮 机械传动 Pro/E The design of two-grade cylindrical gear reducer based on Pro/Engineer Student majoring in Mechanical and Electronic Engineering Wang QingTing Tutor Wang Qing Abstract:Pro/Engineer is a parametric solid modeling system based on body feature, which has a single database. The realization of this system can make designers devise the product of cylinder gear reducer fast and efficiently Under human-computer interaction environment.Meanwhile,the paper describes the parametric design of two stage reducer and the assembly process of parts based on Pro/E, analyzes the mechanism movement and gets expectant movement simulation In doing so, design efficiency and precision can be increased greatly. Key words:Two stage gear reducer model、 Bearing 、 Gear 、 Mechanical drive 、 Pro/E 1 目录 摘要 . 0 关键字 . 0 Abstract. . 0 Key words . 0 1.二级减速器在传动装置中的应用 . 3 1.1 设计方案 . 3 1.2 传动比的分配 . 3 1.3 各轴动力参数计算 . 4 2.高速级斜齿圆柱齿轮的设计 . 5 2.1 选定材料、精度等级、齿数 . 5 2.2 齿面接触疲劳强度计算 . 5 2.3 齿根弯曲疲劳强度校核 . 6 2.4 齿轮的几何尺寸设计计算 . 6 3.创建高速级斜齿圆柱齿轮特征 . 7 4.低速级直齿圆柱齿轮传动 . 10 4.1 选定材料、精度等级、齿数 . 10 4.2 齿面接触疲劳强度计算 . 10 4.3 齿根弯曲疲劳强度校核 . 11 4.4 齿轮的几何尺寸设计计算 . 11 5.创建低速级直齿圆柱齿轮特征 . 11 6.轴的设计与计算 . 12 6.1 高速轴（ 1轴）的设计 . 13 6.2 中间轴（ 2轴）的设计 . 15 6.3 低速轴（ 3轴）的设计 . 16 6.4 键的联结设计 . 18 7.创建各轴类及键类零件特征 . 19 8.二级减速器传动件的初级装配 . 21 9.滚动轴承的选择 . 22 9.1 高速轴（ 1轴）上滚动轴承的选择 . 22 9.2 中间轴（ 2轴）上滚动轴承的选择 . 22 9.3 低速轴（ 3轴）上滚动 轴承的选择 . 23 10.箱体上个部分尺寸计算与建模 . 23 11.Pro/E 总装配图及装配爆炸图 . 26 12.润滑密封设计 . 26 13.设计总结： . 26 参考文献 . 28 致谢 . 29 2 引言 ： 减速器是应用于原动机和工作机之间的独立传动装置，具有结构紧凑、传动效率较高、传递运动准确可靠、使用维护方便和可成批生产等特点。传统的减速器手工设计通常采用二维工程图表示三维实体的做法，这种做法不 仅不能以三维实体模型直观逼真地显现出减速器的结构特征，而且对于一个视图上某一尺寸的修改，不能自动反应在其他对应视图上。 1985 年美国 PTC 公司开始建模软件的研究 ， 1988 年 V1.0 的 Pro/ENGINEER 诞生 ，随后美国通用汽车公司将该技术应用于各种类型的减速器设计与制造中。目前在基于Pro/E 的减速器的模型设计、数据分析与生产制造方面美国、 德国和日本处于领先地位，美国 Alan-Newton 公司研制的 X-Y 式 精密 减速器 和 日本住友重工研制的 FA 型减速器都是 目前先进的 高精密型 齿轮减速器。 Pro/ENGINEER 技术可以方便快捷的实现建立基于零件或子装配体的三维模型设计和装配，并且提供了丰富的约束条件完成可以满足的工程实践要求。建立三维模型在装配体环境下可以很好的对零件进行编辑和修改，在生产实际中便捷的把立体图转换为工程图，在生产应用中充分利用 Pro/E 软件进行几何造型设计，进一步利用数控加工设备进行技术加工，可以显著提高减速器的设计制造精密、设计制造质量、设计制造效率，从而缩短产品更新换代生产的整个周期。而我国 在 Pro/E 的减速器 三维模 型设计方面还相对比较薄弱，因此， 随着经济 全球化的 发展 ，在此 技术上我国需要不断的突破创新，逐步提高“中国创造” 在国际市场的竞争力。 3 1.二级减速器在传动装置中的应用 1.1 设计方案 在数据运算的基础上充分利用 Pro/E 三维几何模型设计软件 设计一台二级展开式圆柱齿轮减速器，要求二 级减速器在传动装置中传动系统的应用如图 1-1 所示： 图 1-1 传动装置总体效果图 工作条件： 表 1-1 工作要求参数列表 连续单向运转，工作时有轻微振动，输出端一般为带式运输机，其工作速度允许误差为 5。传动系统中采用二级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单但齿轮相对于轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级和低速级分别为斜齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮传动。 1.2 传动比的分配 根据已知工作条件计算： 工作机所需功率：1000W FP 传动系统总效率 : 421 2 3 4 5 =0.833 99.01 96.02 99.03 41 2 3 4 50 . 9 9 0 . 9 9 0 . 9 6 0 . 9 6 0 . 9 9 2 ) 弹 性 联 轴 器 效 率 滚 动 轴 承 效 率 闭 式 齿 轮 传 动 效 率 卷 筒 效 率 弹 性 联 轴 器 ( 效 率1 2 3 4 50 . 9 9 0 . 9 9 0 . 9 6 0 . 9 6 0 . 9 9 2 ) 弹 性 联 轴 器 效 率 滚 动 轴 承 效 率 闭 式 齿 轮 传 动 效 率 卷 筒 效 率 弹 性 联 轴 器 ( 效 率 工作机所需输入端功率 : kwFvPd 051.4833.0100050.122501000 因工作时有轻微振动，故输入端功率 kwPP dd 076.6026.5)5.13.1( 略大于 dp 则输入端额定功率 mP 应取 kw5.5 . 工作拉力 )(NF 工作速度 )/( smv 卷筒直径 )(mmD 2250 1 50 290 1.高速轴 2.中间轴 3.低速轴 4 由输出端的工作：mmrD vn w 8.9829014.3 5.16000100060 通常二级圆柱齿轮减速器传动比取 : 408i 则输入端转速 : mmrninwd 4.395368.7908.98)408( 由此初步确定输入端可选电动机参数如下表 2: 表 1-2 电动机参数列表 电动机型号 额定功率（ kw） 同步转速（ minr ） 满载转速（ minr ） 总传动比 Y132M2-6 5.5 1000 960 i 此传动系统总传动比 : 72.98.98960 wmnni 所以此二级圆柱齿轮减速器的总传动比 : 72.92312 iii 为了便于二级圆柱齿轮减速器采用浸油润滑，当两级齿轮的配对材料相同，齿面硬度 HBS 350,齿宽系数相等时。考虑面接触强度接近相等的条件，则 两级圆柱齿轮减速器的传动比分配如下： 高速级传动比： 689.34.11 ii 低速级传动比： 635.2698.3 72.9/ 12 iii 1.3 各轴动力参数计算 传动系统各轴的转速，功率和转矩计算： 1 轴（减速器高速轴） mmrinn 9 6 019 6 00101 kwPPd 01.499.005.411 mNnPT 89.39960 01.495509550111 2 轴（减速器中间轴） mmrinn 23.260689.3 96012 02 2 1 1 2 1 2 3P P P kw811.399.096.001.4 222 9550 nPT = mN 86.13923.260 811.39 5 5 0 3 轴（减速器低速轴） 76.986 3 5.2 23.2 6 02323 inn minr kwPP 97.399.096.0811.32323 333 9550 nPT = mN 24.35076.98 622.39550 则各轴输出功率和输出转矩 kwPP 97.399.001.4 111 kwPP 77.399.0811.3 222 5 kwPP 59.399.0662.3 333 mNTT 49.3999.09.39 111 mNTT 46.1 3 899.08.1 3 9 222 mNTT 74.34699.024.350 333 将上述计算结果和传动比及传动效率汇总如下： 表 1-3 动力参数列表 轴名 功率 )(kw 转矩（ mN ） 转速（ minr ） 传动比 i 效率 输入 输出 输入 输出 1 4.01 3.97 39.89 39.49 960 1 0.96 2 3.811 3.77 139.86 138.46 260.23 3.689 0.96 3 3.622 3.59 350.24 346.46 98.76 2.635 0.96 2.高速级斜齿圆柱齿轮的设计 2.1 选定材料、精度等级、齿数 考虑减速器要求结果紧凑故大小齿轮均用 40Cr 调质处理后表面淬火，因载荷较平稳，齿轮速度不高，初选 7 级精度，选小齿轮齿数 241 z ，大齿轮齿数90246 8 9.3112 ziz ，取齿宽系数 0.1d 初选螺旋角 36.11 实际传动比75.3249012 i ，误差 %50 1 6 2.075.3 689.375.3121212 i ii，在设计给定的 %5 范围内可用。 2.2 齿面接触疲劳强度计算 3 211 )(12HEhdtt zzTKd 确定公式中各式参数： 1)载荷系数试选： 5.1tK 2)齿轮传递的转矩： mNnPT d 4661 100299.4960051.41055.911055.9 3)材料系数： 65.1,87.0,78.0,4 3 3.2,8.1 8 9 2121 则HE zM P az 4)应力循环次数 ： 811 107648.21630019606060 hjLnN 712 103728.775.3 1087648.2 NN 5)确定大小齿轮的接触疲劳许用应力极限： l i m 1 l i m 26 0 0 5 6 0HHM P a M P a 取安全系数 1HS ，接触疲劳寿命系数 120.900.92HNHNKK 1 l i m 112 l i m 220 . 9 0 6 0 0 5 4 010 . 9 2 5 6 0 5 3 21H N HHHH N HHHK M P aSK M P aS 按较小者取 1 HH 计算小齿轮分度圆直径 6 11.51)532433.28.198(75.3175.30.14 0 2 9 95.123 21 td 计算圆周速度： smv 568.2100060 nd 11t 校正分度圆直径： ttt dmmmmkkdd13311 97.435.108.14 9 . 0 6 2.3 齿根弯曲疲劳强度校核 23211 FSaFadF YYmzKT 确定公式中各参数值： 1)大小齿轮的弯曲疲劳强度极限 取 : l i m 1 l i m 22 4 0 2 6 0FFM P a M P a 2)弯曲疲劳寿命系数取 120.870.91FNFNKK 3)取定弯曲疲劳安全系数 4.1FS ,应力修正系数 0.2STY 则许用弯曲应力 1 l i m 112 l i m 22 2 4 0 0 . 8 7 2 / 1 . 4 2 9 8 . 3 2 6 0 0 . 9 2 2 / 1 . 4 3 3 8F N S T FFFF N S T FFFKY M P aSKY M P aS 4)使用系数 1Ak 根据 smv 568.2 按 7 级精度，动载系数 0.1vk ， 08.1k 则计算载荷系数 : 08.1108.10.11 kkkkk vA 5)齿轮系数21 FaFa YY和应力修正系数 21 sasaYY计算 122 . 6 2 2 . 1 81 . 5 9 1 . 7 9F a F as a s aYY 比较取其中较大值代入公式计算 1112222 . 6 2 1 . 5 9 0 . 0 1 4 0 2 9 8 . 32 . 1 8 1 . 7 9 0 . 0 1 1 5 3 3 8F a s aFF a s aFYYYY 因 小齿轮的数值大，应按小齿轮校核齿根弯曲疲劳强度校核计算 62.335.2240.1 58.120.24029908.12 122 MP aF 所以 弯曲疲劳强度足够。 2.4 齿轮的几何尺寸设计计算 1） 计算模数： mmzdm 832.136.11c o s2497.43c o s11 ,按标准取模数 mmm 5.2 2） 两轮分度圆直径： mmmzd 60245.211 mmmzd 225905.222 3） 中心距： mmzzma 5.14236.11c o s2)9024(5.2c o s2)( 21 4） 齿宽： mmdb d 60600.11 mmbb )105(21 取mmbmmb657021 7 5） 齿全高 : mmmh 625.2 3.创建高速级斜齿圆柱齿轮特征 A、新建零件文件 图 3-1 新建 在上工具栏中单击“新建”按钮 在系统弹出的【新建】对话框，选中其中的零件单选按钮，在“名称”栏中输入“ xiechilun”，不勾选“ 实用缺省模板”，单击 ， 图 3-2 模板 在弹出的“新文件选项”对话框中选择 mmns_part_solid，将英制单位改为公制单位 ,单击 进入三维实体建模环境如图 4： 8 图 3-3.绘图页面 B、创建基础实体特征 1.设置参数 在 参数对话框中选择添加参数，在新建的列表中选择添加的参数输入名称 M，数值2.5，按此步骤输入其余参数如图 5 图 3-4 参数对话框 2.创建基准曲线 此步骤为分别作齿轮的基园，齿顶圆，分度圆和齿根圆，然后通过参数定义其尺寸，然后通过使用参数方程定义渐开 线创建出齿廓线。 步骤： 1).准特征 草绘 绘制四个圆 完成 2).具 关系对话框 关系编辑区 输入关系式 完成后再生模型得到如图 6 曲线 3) . 曲线选项 从方程 /完成 曲线 方程对话框 得到坐标系 /选取 在出现的设置坐标类型菜单中选择坐标轴选项在弹出对话框中输入参数方程并保存，回到原对话框点确定即完成曲线创建。单击 选择曲线完成基准点的创建。类似操作创建基准轴和基准面。在模型区选择渐开线创建 齿轮渐开线 。 9 图 3-5 齿轮曲线及齿的创建 4).此曲线创建完毕的基础上创建齿特征，单击“阵列工具”按钮 ，在操控板中的 阵列方式框中选择“轴”方式，系统提示“选取创建阵列的轴”，在主视区中选择旋转轴线作为参照，在“输入第一方向的阵列成员数” 输入框中输入阵列数目，单击右侧的 ，完成齿特征的阵列特征的创建 完成齿创建后在右工具箱中单击“拉伸工具” ，单击 ，在弹出的草绘上滑面板中单击“定义”按钮，弹出“草绘 ”对话框，在主视区内选择 FRONT 基准平面作为草绘平面，单击 按钮。接受系统默认的绘图 参照，单击 按钮进入草绘器，在主视区中绘制拉伸截面图，同时可以在关系对话框中输入方程式以便调用，单击 退出草绘完成镂空特征及轴键特征。 单击“倒角工具”按钮 ，在主视区中选择外侧的两条和内侧的一条曲线，单击下工具箱左侧下拉列表框右侧的 ，将倒角方式改为“ 45 D”，在右侧的下拉列表框中输入 D 值，单击下工具箱右侧的 ，完成倒角特征的创建。 图 3-6 斜齿轮创建实体效果图 10 4.低速级直齿圆柱齿轮传动 4.1.定材料、精度等级、齿数 选择 45 钢调质淬火回火处理，齿面硬度分别为 220HBS， 280HBS，属软齿闭式传动，载荷平稳齿轮速度不高，初选 7 级精度，小齿轮齿数 301 z 大齿轮齿数8030635.2112 ziz ，按软齿面齿轮非对称安装取齿宽系数 0.1d ，实际传动比67.2308012 i ，误差 %50 1 3 1.067.2 635.267.2121212 i ii，在设计给定的 5%范围内可用。 4.2.面接触疲劳强度计算 3 211 )(132.2HEdtt zTKd 确定各式参数： 1) 载荷系数试选 : 5.1tK 2) 小齿轮传递的转矩 : mNnPT 56161 10399.1960 811.31055.91055.9 3) 材料系数 : MP az E 8.189 4) 大，小齿轮的接触疲劳极限 : l i m 1 l i m 26 0 0 5 8 0HHM P a M P a 5) 应力循环次数 : 811 10494.716300123.2606060 hjLnN 8812 10806.275.3 109494.7 NN 6)接触疲劳寿命系数 120.920.98HNHNKK确定许用接触应力 ,取安全系数 1HS , 1 l i m 112 l i m 220 . 9 2 6 0 0 5 5 210 . 9 8 5 8 0 5 6 81H N HHHH N HHHK M P aSK M P aS 取1 HH 计算小齿轮分度圆直径 : mmdt 43.77)5528.198(67.2167.20.1390015.132.2 3 21 7)计算圆周速度 :smv 0544.1100060 nd 11t 8）计算载荷系数 k 系数 1Ak ，根据 smv 0544.1 ，选 7级精度 ,得动载系数 vk =0.7 ,k=1.0 则 756.0108.17.01 kkkkk vA 9）校正分度圆直径 ttt dmmmmkkdd13311 04.495.1756.07 7 . 4 3 11 4.3.齿根弯曲疲劳强度校核 23211 FSaFadF YYmzKT 确定公式中各参数值 : 1)大小齿轮的弯曲疲劳强度极限 查取 l i m 1 l i m 22 4 0 2 6 0FFM P a M P a 2)弯曲疲劳寿命系数查取 120.861.02FNFNKK 3)取定弯曲疲劳安全系数 4.1FS,应力修正系数 0.2STY 许用弯曲应力 :1 l i m 112 l i m 22 2 4 0 0 . 8 6 2 / 1 . 4 2 9 4 . 8 6 2 6 0 1 . 0 2 2 / 1 . 4 3 7 8 . 8 6F N S T FFFF N S T FFFKY M P aSKY M P aS 4)系数21 FaFa YY和应力修正系数 21 Sasa YY，计算 122 . 6 2 2 . 2 41 . 5 9 1 . 7 5F a F as a s aYY 比较取其中较大值代入公式计算 1112222 . 6 2 1 . 5 9 0 . 0 1 4 2 2 9 4 . 8 62 . 2 1 6 1 . 7 7 4 0 . 0 1 0 3 2 8 2 . 8 6F a s aFF a s aFYYYY 5)轮的数值大，应按小齿轮校核齿根弯曲疲劳强度校核计算 61.2405.2240.1 625.152.21 3 9 9 0 0756.02 222 FF MP a 所以弯曲疲劳强度足够。 4.4.齿轮的几何尺寸设计计算 1).计算模数 mmzdm 6 3 5.130 .6511 ，按标准取模数 mmm 5.2 2).两轮分度圆直径 mmmzd 75305.211 =m mmmzd 200805.222 3).中心距 mmzzma 5.1372 )8030(5.22 )( 21 4).齿宽 b=dd1=1.0 75=75mm mmbb )105(12 取mmbmmb657021 5).齿全高 mmmh 625.2 5.创建低速级直齿 圆柱齿轮特征 在上面已有生成的参数齿轮创建的基础上，可以通过把已有参数齿轮作为模板进行修改参数对话框，来改变齿轮各个参数已得到所需齿轮特征。 步骤： 1).打开已有参数齿轮，如上述打开工具 参数，弹出关系对话框，修改齿轮的齿数数值和模数数值，单击 完成参数设置，选择标准工具栏再生 工具 ，再生模型。 2).由此按以上所计算的数据，修改齿轮各个参数得到所要的齿轮参数特征， 12 图 5-1 直齿轮特征图 6.轴的设计与计算 在完成了传动系统运动及动力参数的计算和减速器两 级齿轮传动的设计计算之后，接下来可进行减速器轴的设计，绘制轴的布置简图和初定跨距，轴的布置入图 图 6-1 轴分部图 考虑相邻齿轮设轴向不发生干涉，计入尺寸 : mms 10 齿轮与箱体内壁设轴向不发生干涉，计入尺寸 : mmk 10 为保证滚动轴承放入箱体轴承座孔内，计入尺寸 mmc 6 初取轴承宽度分别为 : mmnmmnmmn 222220 321 由 mma 5.1421 mma 5.1372 mmbh 751 mmbh 802 mmbl 701 mmbl 652 则 3 根轴的支架跨度分别为 13 mmnbkcL h 192)(2 111 mmnbkcL h 189)(2 212 mmnbkcLh 194)(2 313 6.1 高速轴（ 1 轴）的设计 1.选择轴的材料及热处理 轴上齿轮的直径较小，采用齿轮轴结构，轴和齿轮的材料及热处理一致，选用 40 rC调质处理后表面淬火 。 2. 轴的受力分析 轴的受力简图如图示 : （ a）轴的受力简图 1192 LmmL AB mmbkcnL hAC 5122 11 mmLLL ACABBC 1 4 1 1)计算齿轮的啮合力 NdTF t 96.1 61 12111 Nb aFF tr 145.602c o sta n11 NbFF tA 23.3 7 2ta n11 2)求水平面内的支承反力，作水平面内的弯矩图 : 轴在水平面内的受力简图，如图示： (b) 轴在水平面内的受力简图 14 101321 6 2 9 1 1 4 2184()1 7 8 . 6059414BBCA X tABr a c AByA X B XC H A X A C B X B CMlF F NlF l MFNL A BMMM F l F l N m 左 支 点 水 平 支 反 力右 支 点 垂 直 支 反 力 轴在水平面内的弯矩图如上图示 3)求垂直面内的支承反力，作垂直面内的弯矩图 轴在垂直面内的受力简图，如图示 (c) 轴在垂直面内的受力简图 12233()3940 2 1 8 3 820488Ar b c aABA Y B Y C Y A Y A CC Y B Y B CFNF l MNlM M M F l N mM F l N m AYBX左 支 点 轴 向 支 反 力 F右 支 点 轴 向 支 反 力 F 轴在垂直面内的弯矩图如上图示。 4)求截面 C 处弯矩 mNlFMACAXH 5 9 4 1 4 C 处垂直弯矩 122211222221838204886330062847V A Y B CV B Y A CV C HV C HM F l N mM F l N mCM M M N mM M M N m 处 合 成 弯 矩 考虑启动，停机的影响，扭矩为脉动循环 3/ 5 3 7 4 4 / ( 0 . 1 3 2 ) 1 9 . 3 1 7c a c a aM w M P 强度校核 45 号钢调质处理，由 MPaca 601 弯扭合成强度满足要求。 3. 轴的初步计算； 15 3122)(10 TMd ( ) 2 0 7 6 4C B CM M l B N m 轴为 40Cr调质 MPab 735，许用弯曲应力值 1 6 0 M Pa 取折算系数 6.0 将以上数值代入轴计算截面（ c 截面）直径计算公式 2 2 2 23311 0 ( ) 1 0 2 0 7 6 4 ( 0 . 6 2 6 0 7 0 ) 2 2 . 5 2 6 0MTd m m 轴的最小直径 :31 nPCd 098.189604 .0 5 1121 3 mm 4.轴的结构设 计 按经验公式，减速器输入轴的轴端直径， ( 0 . 8 1 . 2 ) ( 0 . 8 1 . 2 ) 2 2 . 5 2 1 7 . 8 2 7emd d m m （ md 电动机轴端直径 ) 参考联轴器标准轴孔直径，取减速器高速轴的轴端直径 mm25减d 根据轴上零件的布置，安装和定位的需要，初定各轴段的直径及长度其中轴颈，轴头结构尺寸与轴上相关零件的结构尺寸联系起来统筹考虑。 轴颈（轴 上安装滚动轴承段）直径可选取： 35 30 35 40 47 mm 6.2 中间轴（ 2 轴）的设计 1.选择轴的材料用 45 号钢调质， 2.轴的受力 1189 LmmL AB mmbkcnL hAC 5.4922 22 mmLLL ACABDB 5.139 mmbkcnL hAD 6722 12 1) 计算齿轮的啮合力； NdTF t 15122 111 Nb aFF tr 81.564c o sta n11 NbFFta 2.3 4 9t a n11 NdTFt 6.3 7 2 92 323 Nb aFF tr 46.1357c o sta n33 （轴在水平面内的受力简略） 求水平面内的支承反力 16 mNlFMmNlFMMMNFFFFNllFlFFBDBXDXACAXCXBXAXAXttBXABBDtBCtAX49.187832435.120687047.280313.243815126.372913.2438189676.37295(轴在水平面内的弯矩图略 ) 2) 求垂直面内的支承反力 NFF AXAY 13.2 4 3 8 3212221 1 2 5 3 5 5 1 7 0 . 6 5 9 9 . 40 1 7 0 . 6 5 3 9 0 4 1 . 81 3 7 1 0 0 1 3 7 0 025 9 9 . 4 5 8 3 4 6 5 . 2B Y r r A YA Y B Y C Y A Y A CC Y aD Y B Y B DF F F R NM M M F l N m mdM F N m mM F l N m m （轴在垂直面内的弯矩图略） 3) 求支承反力； 222216632477A A X A YB B X B YF F F NF F F N 12220 8 8 1 4 2 8 8 7 4 01 4 3 5 7 1 2 9 6 5 6 0A B C CDtM M M N m m M N m mM N m m T F d N m m （轴的合成弯矩图，转矩图略） 3.轴的初步计算； 4 2 . 5 6 m m )(103122 TMd 材料 45 号钢调质 MPab 640，许用弯曲应力 MPa60 1 取折算系数 6.0 轴的最小直径为 : mmnPCd 4.272 6 0 . 2 33 . 8 1 1121 332 在此轴段开有一个键槽时，直径增大 4%计算截面直径 2 6 .0 42 9 .5 5cDd m md m m 4.轴的结构设计 按经验公式，减速器高速级从动轴的危险截面直径 ( 0 . 3 0 . 3 5 ) ( 0 . 3 0 . 3 5 ) 1 2 5 3 9 4 5 . 5dd a m m 取减速器中间轴的危险截面直径 mmdd 40，根据轴上零件的布置，安装和定位的需要，初定各轴的直径及长度其中轴颈、轴头结构尺寸应与轴上相关零件的结果尺寸。联系起来统筹考虑。 安装齿轮处轴段长度：轴段长度 =轮毂长度 2mm 轴颈（轴上安装滚动轴承段）直径： 35 40 45 40 35 mm 6.3 低速轴（ 3 轴）的设计 1.选择轴的材料选用 45 号钢调质 17 2.轴的受力分析轴的受力简图所示 （ a）轴的受力简图 图中 3194 LmmL AB mmbhkcnL BC 5.6422 23 mmLLL BCABAC 5.129 1) 计算齿轮的啮合力； NdTF t 13992001 3 9 0 022431 NFF tr 23.3 7 220ta n 44 2) 求水平面内的支承反力 轴在水平面内的受力简图如图所示： (b) 轴在水平面内的受力简图 mNlFMMMNFFtFNllFACAXCXBXAXAXBXABBCAX335.6 0 2 3 4087.933413.4654Ft (轴在水平面内的弯矩图略 ) 3) 求垂直面内的支承反力，作垂直面内的弯矩图； 轴在垂直面内的受力简图如图所示 18 (c) 轴在垂直面内的受力简图 mNlFM c yMMNFFFNllFACAyByAyAyrByABBCyA23.1 6 5 4 9 3058.2 5 6 594.1 2 7 7F44r （轴在垂直面内的弯矩图略 ) 4) 求支承反力，作轴的合成弯矩图，转矩图； mNdFTmNMNFNFtCBA1 3 9 9 0 021 7 6 0 026.2 7 3 095.1 3 5 944 (轴的合力弯矩图、转矩图略 ) 3.轴的初步计算 322)(10 TMd 45 号钢调质 MPab 640许用弯曲应力 MPa60 1 ，取 折算系数 6.0 将以上数值代入轴计算截面（ c 截面）直径计算公式： mm91.31 )(103 22 TMd 在此轴段开有一个键槽时，直径增大 4%，计算截面直径 mmdc 39.31 轴的最小直径 :33 nPCd mmmm 23.379 8 . 7 63 . 6 2 2121 3 4.轴的结构设计按经验公式，减速器低 速级从动轴的危险截面直径， ( 0 . 3 0 . 3 5 ) ( 0 . 3 0 . 3 5 ) 1 2 1 . 2 5 3 6 . 3 7 5 4 3 . 4 3 7 5dd a m m 取减速器低速轴的危险截面直径 mmdd 50 根据轴上零件的位置、安装和定位的需要，初定各轴段的直径及长度，其中轴颈、轴头结构尺寸应与轴上相关零件的结构尺寸联系起来统筹考虑。安装齿轮处轴段长度：轴段长度 =轮毂长度 -2mm轴颈（轴上安装滚动轴承段）直径： 40 45 50 55 50 45 6.4 键的联结设计 由前计算结 果知：中间轴（ 2 轴）由 mNT 86.1392 ， min23.260 rn 选择 普通 A型平键（轴右边一个） 由 d=40,l =68 选 b h=12 8， b=12， l =8， 21 3 5 ( 5 1 0 ) 2 5 3 0l m m 19 初选键 2 0 0 31 0 9 5/812 TGB : mmlmmLmmhmmb 16,70,8,12 键的许用挤压应力和许用剪切应力分别取为 : M P aM P ap 90110 分别验算键的挤压强度和剪切强度 php dT 625.2370840 86.139400040001 875.7701240 861bd T 故键的挤压强度和剪切强度满足要求。 轴左边一个按此计算 也选 A 型普通平键： 2 2 2 2 2 24 0 6 8 7 0 ( 5 1 0 ) 6 0 6 5d m m L m m L m m 初选键 2 0 0 31 0 9 5/812 TGB ： mmLmmhmmb 65,8,12 且键的挤压强度和剪切强度满足要求。 7.创建轴类及键类零件特征 以高速轴为例： A、新建零件文件 在上工具栏中单击“新建”按钮 在系统弹出的【新建】对话框，选中其中的零件单选按钮，在“名称”栏中输入“ gaosuzhou”，不勾选“使用缺省模板”，单击 ，在弹出的“新文件选项”对话框中选择 mmns_part_solid，将英制单位改为公制单位 ,单击 进入三维实体建模环境。 B、创建基础实体特征 单击“旋转工具”按钮 ，在主视区下方出现旋转特征操控板。在操控板中单击按钮，在弹出的草绘上滑面板中单击“定义”按钮，弹出“草绘 ”对话框，在该对话框中要求选择草绘平面，在主视区内选择 TOP 基准平面作为草绘平面，在“草绘方向”栏中自动出现默认的草绘视图方向，接受默认设置，单击 按钮。弹出“参照”对话框，接受系统的默认设置，单击 按钮进入草绘器，在注视区中绘制如下图的旋转草绘图，在右工具箱中单击 退出草绘。在操控面板中接受系统的默认值，单击右侧的 按钮，完成旋转特征的创建。 C、在实体上创建放置实体特征 1）、倒角特征。在有工具箱中单击“倒角工具”按钮 ，在主视区中选择两头的边线以及直径为 19 和 37 的的四条边线（选择时同时按着 Ctrl 键），单击下工具箱左侧下拉列表框右侧的 ，将倒角方式改为“ 45 D”，在右侧的下拉列表框中将 D 值改为“ 1”，单击下工具箱右侧的 ，完成倒角特征的创建。 2）、创建齿 特征参考大斜齿轮创建 D、在实体上创建键槽特征 在右工具箱中单击“基准平面工具” 按钮，在弹出的“基准平面”对话框中要求选择参照来确定基准平面的放置，在主视区中选择 FRONT 基准平面作为新建基准平面的参照，在“偏移距离”输入框中输入偏移值“ 6”，单击【确定】按钮完成基准平面 DTME1 的创建 在右工具箱中单击“拉伸工具” ，在主视区下方操控板中单击 按钮将拉伸 20 方式改为剪材料，在主视区内选择上一步创建的 DTME1 平面作为草绘平面，接受系统默认草绘方向设置，单击 按钮。在主视区中选择 TOP 基准平面和小圆 柱的边线作为绘图参照，单击 按钮进入草绘器，在注视区中绘制如下图的拉伸截面图，在右工具箱中单击 退出草绘。在下工具箱的拉伸方式选项中选择“从草绘平面以指定的深度值拉伸”按钮，在拉伸深度值输入框中输入拉伸值“ 3.5”， 单击下工具箱右侧的完成实体的拉伸。 图 7-1 键槽尺寸图 图 7-2 高速轴建模特征图 图 7-3 中间轴 图 7-4 低速轴 d由此通过草绘 拉伸建模操作分别创建得到各轴与键特征如图： 图 7-5 中间轴键 图 7-6 低速轴键 21 8.二级减速器传动件的初级装配 1. 新建装配文件，在上工具栏中单击“新建”按钮 在系统弹出的【新建】对话框，选中其中的组件按钮，在“名 称”栏中输入“ zhangpeitu”，不勾选“使用缺省模板”， 单击 ，在弹出的“新文件选项”对话框中选择 mmns_part_solid，将英制单位改为公制单位 ,单击 进入三维实体建模环境。 图 8-1 新建组件 2.在装配环境中选择插入 /元件 /装配 /命令或者选择基础特征工具栏插入元件工具选择元件进行装配，在出现的元件放置对话框中可以设置装配元件的参照约束关系，第一个部件一般选择缺省约束， 图 8-2 元件放置对话框 A、放置中间轴，约束方式为“缺省”； B、装配平键，约束方式为“匹配”和“插入”； C、装配直齿轮，约束方式为“对齐”和“相切”； D、装配平键，约束方式为“匹配”和“插入”； E、装配低速轴，约束方式为“对齐”和“匹配”； 22 F、装配斜齿轮，约束方式为“对齐”和“匹配”； G、装配高速轴，约束方式为“对齐”和“ 相切”； 添加各个部件通过选择约束条件，旋转和移动操作完成零部件的装配如图： 图 8-3 减速器内零部件装配图 9.滚动轴承的选择 9.1 高速轴（ 1 轴）上滚动轴承的选择 按承载较大的滚动轴承选择其型号，因支承跨距不大，故采用两端固定式轴承组合方式。轴承类型选为深沟球轴承，轴承预期寿命取为 hLh 43800。 由前计算结果知：轴承所受径向力 NFr 145.602 轴向力 NFa 23.272，轴承工作转速min960 rn 初选滚动轴承 6207 GB/T276-1994，基本额定负荷 NC r 25500 基本额定静负荷 NCor 15200 0 2 4 5.01 5 2 0 023.3 7 2 oraCF 22.0e eFFra 6 1 8.023.6 0 2 23.3 7 2 56.0X 99.1Y 冲击负荷系数 5.1Pf NfyFxFPparr 578.21825.1)23.27299.1145.60256.0()( NanLPLPC hrrjs 410161161 106 5 9 3 2.1)1109604 3 8 0 060(9.1616)1060( 因rjs CC ，故 6207 轴承： 9,72,17,35 ZmmDmmBmmd 满足要求。 9.2 中间轴（ 2 轴）上滚动轴承的选择 按承载较大的滚动轴承选择其型号。因支承跨距不大，故采用两端固定式轴承组合式，轴承类型选为深沟球轴承，轴承预期寿命取为 hLh 43800 。 由前计算结果知：轴承所受径向力 Fr=1357.4N，轴向力 Fa=349.2N 轴承工作转速 23 min23.260 rn 初选滚动轴承 6207 GB/T276-1994，基本额定动负荷 NC r 25500 ，基本额定静负荷 NCor 15200。 0 2 2 9 7.01 5 2 0 0 2.349 oraCF， 22.0e eFFra 2 5 7 3.04.1 3 5 7 2.3 4 9 56.0X 99.1Y 冲击负荷系数 5.1Pf NfyFxFP parr 578.2 1 8 25.1)2.34999.14.1 3 5 756.0()( Na nLPLPC hrrjs 410 1631161 10547.1)1109604380060(10182.2)1060( 因rjs CC ，故 6207 轴承： 9,72,17,35 ZmmDmmBmmd 满足要求。 9.3 低速轴（ 3 轴）上滚动轴承的选择 按承载较大的滚动轴承选择其型号，因支承跨距不大，故采用两端固定式轴承组合方式。轴承类型选为深沟球轴承，轴承预期寿命取为hL=43800h。 由前计算结果知，轴承所受径向力 Fr=轴承工作转速 min76.98 rn ,初选滚动轴承 6009 GB/T276-1994，基本额定动负荷 KNC r 31500 ， NCor 20500，冲击负荷系数 5.1Pf 。 NfFP prr 310843 Na nLPLPC nrrjs 410 1631161 100556.3)11076.984380060(10182.2)1060( 因rjs CC ，故 6009 轴承 10,85,19,45 ZmmDmmBmmd 满足要求， 滚动轴承的选择应注意：高速轴（ 1 轴）上滚动轴承的 D 值中间轴（ 2 轴）上滚动轴承的 D 值，中间轴（ 2 轴）上滚动轴承的 D 值低速轴（ 3 轴）上滚动轴承的 D 值。 图 9-1 6207 轴承 10.箱体上个部分尺寸计算与建模 计算箱体的各部分尺寸参考已有计算数据可列： 箱座壁厚： mma 3 6 2 5.93)5.1 3 71 1 7(0 2 5.030 2 5.0 取 mm10 24 箱盖壁厚： mma 09.61)5.137117(02.0102.01 取 mm9 箱座凸缘厚： mmb 15105.15.11 箱盖凸缘厚： mmb 1285.15.111 箱体深度： mmrHad 13030 分箱面凸缘圆角半径： mmR 103 平凸缘底座厚： mmb 25105.25.21 轴承旁联接螺栓直径： mmddf 8.1575.01 箱盖与箱座联接螺栓直径： mmd 697.12581.102 轴承端盖螺栓螺钉直径： mmd 5 8 1.104 6 4 8.83 窥视孔盖螺钉直径： mmd 4648.83485.64 定位销直径： mmd )8.07.0( mmd )6972.1211005.11(1 沉头座锪平深度： mm2 箱盖座肋厚： mm8.6 ,箱座肋厚： mm5.8 轴承旁凸台半径： mmCR 112 轴承旁联接螺栓距： 2DS 外箱壁 至轴承座端面距： mmCCL 30)85(211 大齿轮顶圆与内箱壁距离： mm121 ,齿轮端面与内箱壁距离： mm102 表 10-1 各尺寸分布表 凸缘 底座 螺栓至外机壁距： 1min 13C mm mm26 到凸缘边距离 2min 11C mm mm24 沉头座直径 mmD 20min0 mm40 表 10-2 端盖处尺寸分布 端盖 1 轴 2轴 3轴 外径 2D 122mm 122mm 135mm 内孔径 D 72 72 85 外厚 e 12 12 12 螺经 8 10 10 螺孔 11 11 11 螺孔直径 25 35 45 内深厚径 62 62 75 密封圈 轴径 轴径 轴径 毡圈 40JB/ZQ4606-1986 图 10-1 箱体特征图 25 轴 承端盖外径： 32 )5.55( dDD 表 10-3 轴承端盖外径列表 1轴 2轴 3 轴 87mm 118mm 118mm 图 10-2 轴承盖特征图 通 气器选用（ 2 型）取 M16 1.5 GB/T5782-2000 mmdmmdmmammLmmSmmDmmD 8.20,5,2,23,17,6.19,22 11 杆式油标取 M16 , mmDmmDmmcmmbmmammhmmdmmdmmdmmdM22,26,5,8,12,35,6,16,4,8.20,161321 地脚螺栓直径： 18162.2112a036.0 Mdf ，螺栓数目： n=6 图 10-3 通气栓，油标，螺栓，螺母特征图 26 11.Pro/E总装配图及装配图 图 11-1 Pro/E 总装配图 12.润滑密封设计 对于二级圆柱齿轮减速器， 因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于 m in10)25.1( 3 r ，所以采用脂润滑，箱体内选用 SH0357-92 中的 50 号润滑，装至规定高度 . 油的深度为 mmhH 6434301 其中油的粘度大，化学