二级减速器课程设计.doc

附件目录附件1：课程设计任务书2附件2：课程设计说明书35附件3：3D造型过程说明书67附件4：学术论文复印件684.1 学术论文：The Flowpulsation Simulation for The New Sine Gears of Flow Meter704.2 学术论文 ：“基于MATLAB的正交圆弧齿面齿轮啮合分析”已被机械科学与技术录用724.3 学术论文：“双圆弧直斜齿轮传动的啮合特性分析”发表在矿山机械2009年10期744.4 学术论文 “基于pro-e的航空弧齿面齿轮的三维实体仿真研究”发表在工具技术2009年第5期764.5 学术论文：“圆弧齿面齿轮的动力学模态分析”发表在机械设计与制造2010年第5期784.6 学术论文 “基于MATLAB的航空弧齿面齿轮的多目标优化设计发表在机械设计与制造2010年第4期804.7 学术论文：“航空弧齿面齿轮的啮合特性分析”发表在机械传动2008年第5期824.8 学术论文：“克林根贝格螺旋锥齿轮接触区域的二阶修正”发表在工具技术2008年第9期844.9 学术论文：“克林根贝格螺旋锥齿轮接触区域的一阶修正”发表在工具技术2008年第6期864.10 学术论文：“弧齿直齿轮和斜齿轮啮合的数学模型及实体造型的实现”被机械科学与技术录用87附件5：成果复印件87附件6：科研课题复印件891附件1：课程设计任务书安 徽 国 防 科 技 职 业 学 院实验、实训任务书（含课程设计）专业名称： 学生姓名： 指导教师： 完成周期： 机械工程系制实验、实训（含课程设计）任务书设计题目基于“正弦齿轮减速器设计及3D实现”的3D创新课程设计设计目的机械设计课程是培养学生机械设计能力的技术基础课。课程设计则是机械设计课程重要的实践环节，其基本目的是： （1）通过课程设计，综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想，培养分析和解决实际问题的能力。 （2）学会从机器功能的要求出发，合理选择传动机构类型，制定设计方案，正确计算零件的工作能力，确定他的尺寸、形状、结构及材料，并 制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养机械设计能力。（3）通过课程设计，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养机械设计的基本能力。（4）通过课程设计，让学生学会从3D设计的角度出发来进行创新性的设计，达到“学3D，用3D”的目的，让学生成为3D应用的创新性人才。设计任务1、 传动简图1-电动机 2-高速齿轮传动 3-低速齿轮传动 4-滚筒 5-联轴器2、设计题目及参数(1)运输带工作拉力(2)运输带工作速度 (3)滚筒直径 (4)滚筒工作效率 (5)工作寿命：8年单班制工作，所以，；(6)工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动。3、任务分配学号起止(KN)(m/s)(mm)1-101.81.62600.9711-201.81.63000.9821-301.81.73000.9731-401.91.62600.9741-501.91.52600.9851-601.91.42800.9761-702.01.42800.9771-772.01.52600.974、课程设计的步骤1、设计准备阅读设计任务书，明确设计要求和工作条件，阅读有关资料、图纸、拟订设计计划。2、设计计算（1）传动方案拟定(已确定)（2）正弦齿轮的数学模型的建立（也可以创新性的应用其他类型的齿廓类型）（3）电动机的选择（4）计算总传动比及分配各级的传动比（5）运动参数及动力参数计算（6）传动零件的设计计算（7）轴的设计计算（8）滚动轴承的选择及校核计算（9）键联接的选择及计算（10）机箱零件的选择和尺寸计算（11）齿轮、轴、轴承、键、上箱体、下箱体、透视孔、油标、放油孔、连接螺栓及螺母、地脚螺栓等的3D造型。（12）零件的装配3、编写设计说明书4、编写3D造型说明书5、整理设计资料上交设计要求1、课程设计纪律和课堂要求 设计过程中要求每位同学能够认真对待，可以互相探讨、但不得抄袭。 要求每位同学遵守设计时间要求，按时参加设计活动。 设计过程中要严格按照设计时间安排完成设计任务。2、设计完成上交内容及要求1、 上交内容 设计计算过程及参数（1份） 3D造型设计说明书（1份） 3D造型源文件（电子版）2、 要求1） 设计说明书要书写工整，字迹要清晰2） 图纸的绘制要认真，统一用铅笔绘制，否则成绩无效3） 说明书统一用纸书写设计地点进程安排地点：在1号楼4楼各教室及计算机机房设计准备1天设计计算4天零件的3D造型7天零件的装配1天整理设计资料上交1天参考资料1 濮良贵，纪名刚主编.机械设计，第7版.北京：高等教育出版社，2001年5月；2 卢颂峰，王大康主编.机械设计课程设计，北京：北京工业大学出版社，1998年1月3 毛振杨等编、机械零件课程设计、浙江大学出版社、1985年8月4 哈尔滨工业大学主编.机械零件设计指导书.北京：人民教育出版社1982年5 陈铁鸣主编.新编机械设计课程设计图册，北京：高等教育出版社，2003年7月6 王科社，滕启编.机械设计课程设计指导书，北京：北京机械工业学院，2001年7 周开勤主编.机械零件手册，第5版.北京：高等教育出版社，2001年7月8 谭雪松.PRO/E2001M. 北京：人民邮电出版社, 2004年5月评分标准 成绩评定分为平时和上交内容两个方面来评定，平时，上交说明书（设计计算过程，零件图）注意：该设计任务书必须妥善保管，待设计任务结束后装订在设计说明书的前面。附件2：课程设计说明书目录1 新型正弦齿轮的数学模型及结构参数101.1 新型正弦齿轮的数学模型101.2 新型正弦齿轮的结构参数112确定设计参数122.1 传动简图122.2 设计条件及参数123 传动参数计算143.1 电机选择143.2 传动比分配143.3 运动和动力参数确定154 传动零件设计164.1 齿轮设计164.2 轴径的初步确定214.3 初选轴承215 轴的结构参数的确定及校核225.1 高速轴的结构参数确定及校核225.2 中间轴的结构参数确定及校核245.3 低速轴的结构参数确定及校核286 轴承的寿命校核317 箱体尺寸的确定321 新型正弦齿轮的数学模型及结构参数2确定设计参数 本设计的设计内容为设计一正弦二级齿轮减速器，设计时具体的传动简图在图1中已经给出，然后根据该传动简图进行设计。2.1 传动简图图3 传动简图图中：1-电动机 2-高速齿轮传动 3-低速齿轮传动 4-滚筒 5-联轴器2.2 设计条件及参数 该设计选择了一组参数进行计算说明如下：1、 运输带工作拉力:；2、 运输带工作速度: ；3、 滚筒直径：；4、 滚筒工作效率：；5、 工作寿命：8年单班制工作，所以，；6、 工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动。3 传动参数计算3.1 电机选择1、类型选择Y系列三相异步电动机2、型号确定工作机所需输入功率： 电机所需功率： 其中，为滚筒工作效率，0.96为联轴器效率，0.98为两级圆柱齿轮减速器效率，0.95 为轴承的效率，0.98电机转速选：1500；所以查表选电机型号为：Y112M-4电机参数：额定功率：4Kw；满载转速：1440 3.2 传动比分配 根据计算出的滚筒的转速和电机的转速可以求出总传动比为： 式中：）其中：为高速级传动比，为低速级传动比，且，取，则有：。3.3 运动和动力参数确定1、各轴的的运动和动力参数1、电机轴：； ； ；2、 高速轴：； ； ；3、 中间轴：； ； ；4、低速轴：； ； ；5、工作轴：； ；4 传动零件设计4.1 齿轮设计一、 高速级齿轮设计1、设计参数： 2、选材：大齿轮：40号钢，正火处理处理，硬度170-210；小齿轮：45号钢，调质处理，硬度220-250HBS。精度选择7级精度。 3、按齿面接触疲劳强度设计1） 转矩 2） 载荷系数查表10.11取3)齿数和齿宽系数小齿轮的齿数取10，则大齿轮的齿数取为45。齿宽系数4）许用接触应力由图10.24查得，由表10.10查得安全系数。 ; 查图10.27得： ,由公式： 得到: ,故： 根据表10.3取标准模数4、主要参数计算 即： 5、按照齿根弯曲疲劳强度校核1）齿形系数 查表10.13得, 2)应力修正系数 查表10.14得, 3)许用弯曲应力 由图10.25查得 由表10.10查得 由图10.26查得 由式10.14可得： 故，齿根弯曲强度校核合格 6、验算齿轮的圆周速度 根据表10.22，选择7级精度是合适的。二、 低速级齿轮设计1、设计参数： 2、选材：大齿轮：40号钢，正火处理处理，硬度170-210HBS；小齿轮：45号钢，调质处理，硬度220-250HBS。精度选择8级精度。 3、按齿面接触疲劳强度设计3） 转矩 4） 载荷系数查表10.11取3)齿数和齿宽系数小齿轮的齿数取18，则大齿轮的齿数取为54。齿宽系数4）许用接触应力由图10.24查得，由表10.10查得安全系数。 ; 查图10.27得： ,由公式： 得到: ,故： 根据表10.3取标准模数4、主要参数计算 即： 5、按照齿根弯曲疲劳强度校核1）齿形系数 查表10.13得, 2)应力修正系数 查表10.14得, 3)许用弯曲应力 由图10.25查得 由表10.10查得 由图10.26查得 由式10.14可得： 故，齿根弯曲强度校核合格 6、验算齿轮的圆周速度 根据表10.22，选择8级精度是合适的。 三、 齿轮参数总结表1 齿轮参数表（单位mm）dmzabH高速级大360845220808小801085低速级大3787542521308小126181354.2 轴径的初步确定一、计算公式：（轴的材料均用45号钢，调质处理）。二、高速轴：，（外伸轴，C=107），根据联轴器参数选择dmin=35mm。三、中间轴：，（非外伸轴，C=118），具体值在画图时确定。四、低速轴：，（外伸轴，C=107），根据联轴器参数选择。dmin=60mm4.3 初选轴承一、轴承型号初选高速轴：6008 B=15mm中间轴：6010, B=16mm低速轴：6012, B=18 5 轴的结构参数的确定及校核5.1 高速轴的结构参数确定及校核（1）材料确定及许用应力确定选材为45号钢调质处理，所以查表有：；（2）按照抗扭强度条件确定轴的最小轴径 根据4.2得到最小的轴径为35mm(3) 齿轮的受力分析 圆周力： 径向力：(4)轴的参数确定1、根据定位和装拆原则确定轴的结构2、进行力学受力分析的简化并求解（1）在水平面内的支反力的求解 求得：;(2)化出水平面内的弯矩图(3)在垂直面内的支反力的求解 求得：；（4）化出垂直面内的弯矩图（5）求解最大的弯矩 300N*m（6）求解当量弯矩 （7）校核 齿轮的中心处的应力： 在剖面转接出的应力为： 经校核，高速轴是安全的。5.2 中间轴的结构参数确定及校核（1）材料确定及许用应力确定选材为45号钢调质处理，所以查表有：；（2）按照抗扭强度条件确定轴的最小轴径 根据4.2得到最小的轴径为50mm(3) 齿轮的受力分析 高速级大齿轮： 圆周力： 径向力： 低速级小齿轮：圆周力： 径向力：(4)轴的参数确定1、根据定位和装拆原则确定轴的结构2、进行力学受力分析的简化并求解（1）在水平面内的支反力的求解 求得：;(2)化出水平面内的弯矩图(3)在垂直面内的支反力的求解 求得：；（4）化出垂直面内的弯矩图（5）求解最大的弯矩 小齿轮的中心处 732N*m 大齿轮的中心处 98N*m（6）求解当量弯矩 小齿轮的中心处 大齿轮的中心处 （7）校核 小齿轮的中心处的应力： 小齿轮在剖面转接出的应力为： 大齿轮的中心处的应力： 小齿轮在剖面转接出的应力为： 经校核，中间轴是安全的。5.3 低速轴的结构参数确定及校核（1）材料确定及许用应力确定选材为45号钢调质处理，所以查表有：；（2）按照抗扭强度条件确定轴的最小轴径 根据4.2得到最小的轴径为60mm(3) 齿轮的受力分析 圆周力： 径向力：(4)轴的参数确定1、根据定位和装拆原则确定轴的结构2、进行力学受力分析的简化并求解（1）在水平面内的支反力的求解 求得：;(2)化出水平面内的弯矩图(3)在垂直面内的支反力的求解 求得：；（4）化出垂直面内的弯矩图（5）求解最大的弯矩 745N*m（6）求解当量弯矩 （7）校核 齿轮的中心处的应力： 在剖面转接出的应力为： 经校核，低速轴是安全的。276 轴承的寿命校核一、高速轴，选用6008，则有：。计算步骤和结果如表1：表1计算项目计算结果00.191.1492N，结论（满足寿命要求）二、中间轴，选用6010，则有：。计算步骤和结果如表2：表2计算项目计算结果00.191.1915N，结论（满足寿命要求）三、低速轴，选用6012，则有：。计算步骤和结果如表3：表3计算项目计算结果00.191.19759N，结论（满足寿命要求）7 箱体尺寸的确定箱座壁厚：下箱体基本尺寸为：326*807mm (分度圆距离：220+252；高速小齿轮：40+8；低速大齿轮：189+8；齿轮齿顶圆与箱座内壁的距离：15*2；壁厚30*2) *279(大齿轮的一半：189;大齿轮齿顶距离底面的距离：60mm;箱体厚度：30)凸台厚度：50mm下顶板尺寸：326*（807+100+120）*15下底板尺寸：326*（807+100+60）*20箱座加强筋的厚度为：10mm箱盖壁厚：箱盖基本尺寸：326*860*（最大齿轮的齿顶高度：189+8；厚度：30；间隙：15）242箱座、箱盖、箱底座凸缘的厚度：。箱盖吊环的加强筋厚度：30吊环的尺寸：直径50箱座、箱盖的肋厚：。轴承旁凸台的半径：。轴承盖外径：（其中，D为轴承外径，为轴承盖螺钉的直径）。中心高：取：。地脚螺钉的直径：（因为：）；数目：6。轴承旁联接螺栓的直径：。箱盖、箱座联接螺栓的直径：。轴承盖螺钉的直径：数目：4。窥视孔盖板螺钉的直径：。至箱外壁的距离：。至凸缘边缘的距离：。 外箱壁到轴承座端面的距离：。齿轮顶圆与内箱壁距离：15mm 齿轮端面与内箱壁距离：15mm 附件3：3D造型过程说明书目录1、正弦齿轮的三维造型371.1正弦齿轮的齿廓数学模型371.2 新型正弦齿轮的结构参数381.3 新型正弦齿轮的建模过程392、轴的三维造型过程422.1高速级齿轮轴的建模型过程422.2中间轴的三维建模过程432.3低速轴的三维建模过程453 轴承的三维造型过程463.1轴承的外圈的三维建模过程463.2轴承的内圈的三维建模过程473.3轴承的滚动体的三维建模过程483.4轴承的装配494 箱体的三维造型过程504.1 下箱体的三维造型过程504.2 上箱盖的三维造型过程555 减速器主要零部件的装配过程596 减速器的动画仿真过程641、正弦齿轮的三维造型1.1正弦齿轮的齿廓数学模型如图2所示，以正弦函数曲线的坐标系零点作为该齿轮的分度圆；以正弦函数曲线的副值作为该齿轮的齿顶高和齿根高；以正弦函数曲线的一个周期作为该齿轮的齿距来构造该新型的齿轮齿廓方程。为了能够建立好该齿轮的齿廓方程，特建立了图1所示的旋转坐标系和图2所示的直线坐标系,齿廓构造函数为，其中：正弦函数的周期系数。则正弦齿轮的基本齿廓方程用极坐标可表示为： 极坐标方程转化为直角坐标方程为： 图1 旋转坐标系 图2 直线坐标系1.2 新型正弦齿轮的结构参数1、基本参数 根据正弦齿轮的形成特点，该齿轮的基本参数主要有以下四个：模数：（根据国家标准）齿数：压力角：（）幅值系数：2、新型正弦齿轮的主要参数计算表1 参数计算表名称计算公式分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿顶高齿根高齿全高1.3 新型正弦齿轮的建模过程第一步：根据正弦齿轮的数学模型和CAXA电子图板中的公式曲线功能（如图3所示）生成正弦齿轮的端面齿廓（如图4所示），把该图形保存为IGES格式，以备导入PRO-E中待用（如图5所示）。图3图4图5注意：在图3中的终止值中输入，在X(t)和Y（t）中分别输入在设计计算中的参数值第二步：文件-新建-零件-草绘-文件系统-保存的IGES文件-选择比例（如图6所示）图6然后选择比例为1，旋转角度为0得到导入的图形如图7所示：图7第三步：应用导入的图形，然后点拉伸命令-输入拉伸的宽度（根据设计的结果），拉伸后的齿轮模型如图8所示：图8第四步，在加上轮幅孔、加上倒圆角后生成的齿轮的最终模型如图9所示：图92、轴的三维造型过程2.1高速级齿轮轴的建模型过程第一步：根据齿轮的造型方法，生成的齿轮轴轴段的结构图形如图10所示：图10第二步：根据设计的结构拉伸生成轴的最终模型如图11所示图112.2中间轴的三维建模过程第一步：根据齿轮的造型方法，生成的齿轮轴轴段的结构图形如图12所示：图12第二步：根据设计的结构拉伸生成轴的最终模型如图13所示图13第三步：通过拉伸切除形成键槽，如图14所示图142.3低速轴的三维建模过程第一步：根据设计尺寸通过简单的拉伸或旋转后形成的轴的结构图形如图15所示：图15第二步：通过拉伸切除形成键槽结构如图16所示：图163 轴承的三维造型过程3.1轴承的外圈的三维建模过程第一步：根据设计结果建立旋转草图如图17所示：图17第二步：旋转生成轴承的外圈实体如图18所示：图183.2轴承的内圈的三维建模过程第一步：根据设计结果建立旋转草图如图19所示：图19第二步：旋转生成轴承的内圈实体如图20所示：图203.3轴承的滚动体的三维建模过程第1步：利用旋转命令生成单个滚珠的实体如图21所示：图21第二步：利用阵列命令生成所有滚珠的实体如图22所示：图223.4轴承的装配第一步：在装配环境中，先装入轴承的外圈，如图23所示：图23第二步：根据轴对齐和平面对齐原则再装入轴承的内圈，如图24所示：图24第三步：同样是利用轴对齐和面对齐原则，装入滚动体后的图形如图25所示：图254 箱体的三维造型过程4.1 下箱体的三维造型过程第一步：根据设计结果，利用拉伸命令生成下箱体的基体如图26