基于PROE的单级直齿齿轮减速器

学学 号 号 毕毕业业设设计计说说明明书书 GRADUATE DESIGN 设计题目 设计题目 基于基于 PROEPROE 的单级直齿齿轮减速器的单级直齿齿轮减速器 学生姓名 学生姓名 专业班级 专业班级 学学 院 院 指导教师 指导教师 2017 年年 06 月月 09 日日 摘 要 I 摘摘 要要 本次毕业设计的课题是基于 Pro E 的一级圆柱齿轮减速器三维装配建模及 运动仿真 研究的主要方向是机械工程及自动化 在各个基本零件运动的特点 的基础上 引入创新的思维和概念 对零件进行组合以达到设计要求 齿轮减 速器是日常生产加工中非常普遍的机械 由于结构复杂 生产过程较长 采用 Pro E 进行辅助设计较为方便 在对一级直齿圆柱齿轮减速器的参数化设计的 基础上 利用 Pro E 进行三维的实体模型建立 并对三维实体模型进行虚拟的 装配以及运动仿真 从而验证该模型的有效性和可行性 在设计过程中 综合运用三维设计课程及选修课程 如制图 机械制造工 艺 机械制造基础等 运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程 实际问题 使理论知识更充分地融入实践中 并得到更好的发挥 通过设计 可以培养工程设计的独立工作能力 树立正确的设计思想 掌握 常用三维图的绘制和基本零件的加工工艺的方法和步骤 并能综合地考虑经济 工艺等方面的设计要求 确定合理的设计方案 并能熟练的应用有关参考资料 计算图表 手册 图集 规范和有关国家标准 关键词 减速器 Pro E 三维造型 模型装配 Abstract II Abstract The topic of this graduation design is level of cylindrical gear reducer based on Pro E 3 d motion simulation assembly modeling and research is the main direction of the mechanical engineering and automation On the basis of the movement characteristics of the basic parts the introduction of innovative thinking and concepts combination of parts so as to meet the design requirements Gear reducer is very common in daily production and processing machinery because of its complex structure production process is longer using Pro E to aided design is more convenient At level 1 straight tooth cylindrical gear reducer on the basis of parametric design use of Pro E to establish 3 d entity model and the three dimensional entity model of virtual assembly and motion simulation so as to verify the feasibility and effectiveness of the model In the process of design the integrated use of 3 d design courses and elective courses such as drawing mechanical manufacturing technology mechanical manufacturing base etc Has studied the theory and knowledge of the production practice to analyze and solve practical engineering problems make theory knowledge more fully into practice and better play By design can train the ability of engineering design work independently set up the correct design ideas to master the commonly used three dimensional graph drawing and basic components of the methods and steps of machining process and can comprehensively consider the design requirements of economy technology and so on to determine the reasonable design scheme And proficient in the application of relevant resources computing diagrams manuals atlas specification and the relevant national standards Keywords Automatic tensioning device belt conveyor dynamic control 目 录 III 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 绪论 1 1 1 齿轮减速器的概述 1 1 2 减速器的工作原理及应用 1 1 3 PRO E 在机械设计中的应用 2 1 4 单级圆柱齿轮减速器三维模型的设计概的优势 2 1 5 齿轮减速器进行三维建模的意义 3 1 6 对一级齿轮减速减速器的研究过程与方法 3 第二章 一级圆柱齿轮参数化计算 4 2 1 引用设计数据进行参数化建模 4 2 2 电动机的选择 4 2 3 计算总传动比及分配各级的传动比 6 2 4 运动参数及动力参数计算 6 2 5 皮带轮传动的设计计算 6 2 6 齿轮传动的设计计算 8 2 7 轴的设计计算 10 2 8 键联接的选择及校核计算 16 2 9 减速器箱体 箱盖及附件的设计计算 16 第三章 一级圆柱齿轮减速器三维模型的创建 18 3 1 渐开线直齿圆柱齿轮的三维模型的创建 18 3 2 轴的三维模型的创建 18 3 3 箱体模型的创建 19 3 4 油标的创建 20 3 5 小轴承的创建 21 3 6 其他零件的创建 21 3 7 对一级齿轮减速的三维模型进行虚拟的装配 21 第四章 一级齿轮圆柱减速器的运动仿真 23 4 1 对齿轮传动运动仿真 23 4 2 总传动部分运动仿真 23 总 结 25 参考文献 26 谢 辞 27 第 1 章 绪论 1 第一章 绪论 1 1 齿轮减速器的概述 减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动 蜗杆传动或齿轮 蜗杆传 动所组成的独立部件 常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置 在少 数场合下也用作增速的传动装置 这时就称为增速器 齿轮减速器由于具有固 定的传动比 结构紧凑 机体密封 使用维护简单等特点成为工程应用中普遍 使用的机械传动装置 被广泛的应用于建材 运输 冶金 化工等行业 减速 器类型很多 按传动级数主要分为 单级 二级 多级 按传动件类型又可分 为 齿轮 蜗杆 齿轮 蜗杆 蜗杆 齿轮等 1 2 减速器的工作原理及应用 减速器是一种动力传达机构 利用齿轮的速度转换器 将电机 马达 的 回转数减速到所需要的回转数 并得到较大转矩的机构 在目前用于传递动力 与运动的机构中 减速机的应用范围相当广泛 几乎在各式机械的传动系统中 可以见到它的踪迹 从交通的船舶 汽车 机车 建筑用的重型机具 机械工 业所用的加工机具及自动化生产设备 到日常生活中常见的家电 钟表等等 其应用从大动力的传输工作 到小负荷 精确的角度传输都可以见到减速器的 应用 且在工业应用上 减速器具有减速及增加转矩功能 因此广泛应用在速 度与扭矩的转换设备 在目前用于传递动力和运动的机构中 减速器的应用范 围非常广泛 减速器的作用主要有 1 降速同时提高输出扭矩 扭矩输出比例按电机输出成减速比 但要注意不 能超出减速器的额定扭矩 2 减速同时降低了负载的惯量 惯量的减少为减速比的平方 减速器一般用 于低转速大扭矩的传动设备 把电动机 内燃机或其他高速运转的动力通过减 速器的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的 普 通的减速器也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果 大小齿轮的齿数之 比 就是传动比 减速器是一种相对精密的机械 使用它的目的是降低转速 增加转矩 它的种类繁多 型号各异 不同种类用不同的用途 减速器的种类 繁多 按照传动类型可以分为齿轮减速器 蜗杆减速器和行星齿轮减速器 按 照传动级数不同可以分为单级和多级减速器 按照齿轮形状可以分为圆柱齿轮 减速器 圆锥齿轮减速器和圆锥一圆柱齿轮减速器 按照传动的布置又可以分 华北理工大学迁安学院 2 为展开式 分流式和同轴式减速器 1 3 PRO E 在机械设计中的应用 经过漫长的发展岁月 产品设计手段在不断地提高 不断进步 不断成熟 从 最早的手工绘图 到现在的广泛的使用计算机辅助设计来进行产品的设计 并 且以后还会有更先进的设计手段出现 为了提高计算机辅助设计的效果和节约 设计成本和加工时间 我们做了这个关于 PRO E 技术在产品设计当中的应用的 毕业设计 主要从 PRO E 的参数化设计 有限元分析 动态仿真 逆向工程等 方面阐述了 PRO E 在机械产品设计当中的应用价值及应用前景 本文介绍与应 用了 PRO E 造型设计中的参数化设计方式 涉及到了孔特征 倒圆角 螺旋扫 描 阵列特征等的设计方法 然后通过 PRO E 的组件的应用程序里的机构功能 实现动态仿真 实现了产品的设计 模拟装配 模拟运行等过程 充分体现了 PRO E 在机械产品设计当中的应用价值及应用前景 并且结合了相关的资料讨 论了一下三维设计的发展趋势 1 4 单级圆柱齿轮减速器三维模型的设计概的优势 1 参数化设计和特征功能 PRO E 是采用参数化设计的 基于特征的实体模型化 系统 工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型 2 单一 数据库 PRO E 具有一下特点和优势 1 参数化设计和特征功能 PRO E 是采用参数化设计的 基于特征的实体模型化系统 工程设计人员采用 具有智能特性的基于特征的功能去生成模型 2 单一数据库 PRO E 是建立在统一基层上的数据上 不像一些传统的 CAD CAM 系统建立在多个数据库上 所谓的单一数据库 就是工程中的资料全部来自一 个库 使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作 不管他是哪一个部门的 换言之 在整个设计过程的任何一处发生改动 亦可以前后反应在整个设计过 程的相关环节上 3 全相关性 PRO E 的所有模块都是全相关的 这就意味着在产品开发过程中 某一处进行的修改 能够扩展到整个设计中 同时自动更新所有的工程文档 包括装配体 设计图纸 以及制造数据 全相关性鼓励在开发周期的任一点进 行修改 却没有任何损失 并使并行工程成为可能 所以能够使开发后期的一 些功能提前发挥其作用 第 1 章 绪论 3 4 基于特征的参数化造型 PRO E 使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造 要求 5 数据管理加速投放市场 需要在较短的时间内开发更多的产品 为了实现这 种效率 必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发 数据管理模块 的开发研制 正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作 由于使用了 PRO E 独特的全相关性功能 因而使之成为可能 针对产品设计的不同阶段 Pro E 将产品分为工业设计 机械设计 功能模拟 生产制造等几个大的方面 分别提供了完整的产品设计解决方案 在这里我们将利用 Pro E 的机械设计及 模具设计的功能进行三维的建模 是建立在统一基层上的数据上 不像一些传 统的 CAD CAM 系统建立在多个数据库上 所谓的单一数据库 就是工程中的资 料全部来自一个库 使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作 不管他是 哪一个部门的 换言之 在整个设计过程的任何一处发生改动 亦可以前后反 应在整个设计过程的相关环节上 1 5 齿轮减速器进行三维建模的意义 由于齿轮减速器的种类很多 一些类型的减速器已有系列标准 并由专门的 厂家进行生产 但对于传动布置 结构尺寸 功率 传动比有特殊要求的 标 准一时间无法确定的 就需要自己另行设计与制造了 由于有特殊要求的减速 器的设计周期长 设计过程麻烦 效率低 任务大 因而在整个的设计过程中 如若可以将计算机辅助设计与一般的机械设计进行有机的结合 这样可以缩短 产品的研发周期 提高生产效率 减少劳动强度 节约资源 减少人力资源的 浪费 同时在设计的过程中进行运动仿真和受力的分析 可以进一步的验证设 计的结果 得出最优的方案 有效避免原材料的浪费 最大限度的节约人力资 源 降低生产的成本 创造更高的效益 因此采用软件对减速器的模型进行三 维的建模和运动仿真的优势很明显 进行此项工作显得非常的重要 1 6 对一级齿轮减速减速器的研究过程与方法 对于一级圆柱齿轮减速的三维建模和运动仿真的研究 首先应该建立数据 的模型 在数据支持的基础上 初步计算出减速器各个零部件的基本结构和大 小 然后利用 Pro E 画出各个零部件的基本机构 再利用各个零部件的关系进 行虚拟的装配 最后施加虚拟外力 看减速器能否运动 华北理工大学迁安学院 4 第 2 章 一级圆柱齿轮参数化计算 齿轮减速器的三维模型的创建是本次设计过程的重要部分 同时也是后续 的运动仿真分析的基础 仿真分析的结果与理论计算的结果的吻合程度依赖于 三维建模的正确性与可行性 三维建模的参数化创建是在对设计要求进行优化 分析参数相关手册的基础上确定参数关系然后创建的 2 1 引用设计数据进行参数化建模 1 数据 运输带线速度 v 1 40 m s 运输带牵引力 F 1700 N 驱动滚筒直径 D 220 mm 2 工作条件 使用期 10 年 双班制工作 单向传动 载荷有轻微振动 运送煤 盐 砂 矿石等松散物品 2 2 电动机的选择 1 电动机类型和结构型式的选择 按已知的工作要求和 条件 选用 Y 系列三 相异步电动机 2 确定电动机的功率 1 传动装置的总效率 总 带 2 轴承 齿轮 联轴器 滚筒 0 96 0 992 0 97 0 99 0 95 0 86 2 电机所需的工作功率 Pd FV 1000 总 1700 1 4 1000 0 86 2 76KW 3 确定电动机转速 滚筒轴的工作转速 Nw 60 1000V D 60 1000 1 4 220 第 2 章 一级圆柱齿轮减速器参数化计算 5 121 5r min 根据推荐的合理传动比范围 取 V 带传动比 Iv 2 4 单级圆柱齿轮传动比范围 Ic 3 5 则合理总传动比 i 的范围为 i 6 20 故电动机转速的可选范围为 nd i nw 6 20 121 5 729 2430r min 符合这一范围的同步转速有 960 r min 和 1420r min 由 机械设计课程设计 附录查出有三种适用的电动机型号 如下表 表 2 1 电动机的参数 电动机转速 r min 方案 电动机 型号 额定 功 率 同步转速满载转速 传动 装置 的传 动比 带齿轮 1Y132s 6 3 10009607 933 2Y100L2 4 3 1500142011 6833 89 综合考虑电动机和传动装置尺寸 重量 价格和带传动 减速器的传动比 比较两种方案可知 方案 1 因电动机转速低 传动装置尺寸较大 价格较高 方案 2 适中 故选择电动机型号 Y100L2 4 4 确定电动机型号 根据以上选用的电动机类型 所需的额定功率及同步转速 选定电动机型号为 Y100L2 4 电动机主要外形和安装尺寸 华北理工大学迁安学院 6 图 2 1 电动机的外形及安装尺寸 表 2 2 电动机的基本参数 中心高 H 外形尺寸 L AC 2 AD HD 底角安装尺寸 A B 地脚螺栓 孔直径 K 轴 伸 尺 寸 D E 装键部位尺寸 F GD 100 380 2823 2 45 160 140 1228 608 41 其主要性能 额定功率 3KW 满载转速 1420r min 额定转矩 2 2 2 3 计算总传动比及分配各级的传动比 1 总传动比 i 总 n 电动 n 筒 1420 121 5 11 68 2 分配各级传动比 1 取 i 带 3 2 因为 i 总 i 齿 i 带 所以 i 齿 i 总 i 带 11 68 3 3 89 2 4 运动参数及动力参数计算 1 计算各轴转速 r min nI nm i 带 1420 3 473 33 r min nII nI i 齿 473 33 3 89 121 67 r min 滚筒 nw nII 473 33 3 89 121 67 r min 2 计算各轴的功率 KW PI Pd 带 2 76 0 96 2 64KW PII PI 轴承 齿轮 2 64 0 99 0 97 2 53KW 3 计算各轴转矩 Td 9 55Pd nm 9550 2 76 1420 18 56N m TI 9 55p2 入 n1 9550 x2 64 473 33 53 26N m TII 9 55p2 入 n2 9550 x2 53 121 67 198 58N m 2 5 皮带轮传动的设计计算 1 选择普通 V 带截型 由 机械设计基础 P158 表 8 10 得 kA 1 2 P 2 76KW 第 2 章 一级圆柱齿轮减速器参数化计算 7 d0 d H L PC KAP 1 2 2 76 3 3KW 据 PC 3 3KW 和 n1 473 33r min 由 机械设计基础 P145 表 8 1 得 选用 A 型 V 带 2 确定带轮基准直径 并验算带速 由 机械设计基础 P153 表 8 6 取 dd1 95mm dmin 75 dd2 i 带 dd1 1 3 95 1 0 02 279 30 mm 由 机械设计基础 P153 表 8 6 取 dd2 280 带速 V V dd1n1 60 1000 95 1420 60 1000 7 06m s 在 5 25m s 范围内 带速合适 3 确定带长和中心距 初定中心距 a0 500mm Ld 2a0 dd1 dd2 2 dd2 dd1 2 4a0 2 500 3 14 95 280 280 95 2 4 450 1605 8mm 根据 机械设计基础 P146 表 8 2 选取相近的 Ld 1600mm 确定中心距 a a0 Ld Ld0 2 500 1600 1605 8 2 497mm 4 验算小带轮包角 1 1800 57 30 dd2 dd1 a 1800 57 30 280 95 497 158 670 1200 适用 5 确定带的根数 单根 V 带传递的额定功率 据 dd1 和 n1 查 机械设计基础 P153 表 8 6 得 P1 1 4KW i 1 时单根 V 带的额定功率增量 据带型及 i 查表 8 7 得 P1 0 17KW 查表 8 8 得 K 0 94 查表 8 9 得 KL 0 99 Z PC P1 P1 K KL 3 3 1 4 0 17 0 94 0 99 2 26 取 3 根 带轮的示意图如下 华北理工大学迁安学院 8 6 计算轴上压力 由 机械设计基础 P145 表 8 1 查得 q 0 1kg m 由单根 V 带的初拉力 F0 500PC ZV 2 5 K 1 qV2 500 x3 3 3x7 06 2 5 0 94 1 0 10 x7 062 134 3kN 则作用在轴承的压力 FQ FQ 2ZF0sin 1 2 2 3 134 3sin 158 67o 2 791 9N 2 6 齿轮传动的设计计算 1 选择齿轮材料与热处理 所设计齿轮传动属于闭式传动 通常 齿轮采用软齿面 查阅 机械设计基础 P190 表 10 2 选用价格便宜便于制 造的材料 小齿轮材料为 45 钢 调质 齿面硬度 260HBS 大齿轮材料也为 45 钢 正火处理 硬度为 215HBS 精度等级 运输机是一般机器 速度不高 故选 8 级精度 2 按齿面接触疲劳强度设计 由 d1 6712 kT1 u 1 du H 2 1 3 确定有关参数如下 传动比 i 齿 3 89 取小齿轮齿数 Z1 20 则大齿轮齿数 Z2 iZ1 20 77 8 取 z2 78 则 d 1 1 3 转矩 T1 T1 9 55 106 P1 n1 9 55 106 2 61 473 33 52660N mm 4 载荷系数 k 取 k 1 2 5 许用接触应力 H H Hlim ZN SHmin 由 机械设计基础 P305 表 14 7 查得 Hlim1 610Mpa Hlim2 500Mpa 接触疲劳寿命系数 Zn 按一年 300 个工作日 每天 16h 计算 由公式 N 60njtn 计算 N1 60 473 33 10 300 18 1 36x109 N2 N i 1 36x109 3 89 3 4 108 第 2 章 一级圆柱齿轮减速器参数化计算 9 查 机械设计基础 P193 图 10 3 的曲线 得 ZN1 1 ZN2 1 05 按一般可靠度要求选取安全系数 SHmin 1 0 H 1 Hlim1ZN1 SHmin 610 x1 1 610 Mpa H 2 Hlim2ZN2 SHmin 500 x1 05 1 525Mpa 故得 d1 6712 kT1 u 1 du H 2 1 3 49 04mm 模数 m d1 Z1 49 04 20 2 45mm 取 机械设计基础 P89 表 5 2 标准模数第一数列上的值 m 2 5 6 校核齿根弯曲疲劳强度 bb 2KT1YFS bmd1 确定有关参数和系数 分度圆直径 d1 mZ1 2 5 20mm 50mm d2 mZ2 2 5 78mm 195mm 齿宽 b dd1 1 1 50mm 55mm 取 b2 55mm b1 60mm 7 复合齿形因数 YFs 由 机械设计基础 P202 表 10 7 得 YFS1 4 35 YFS2 3 95 8 许用弯曲应力 bb 根据复合齿形因数 P116 bb bblim YN SFmin 由 机械设计基础 复合齿形因数得弯曲疲劳极限 bblim 应为 bblim1 490Mpa bblim2 410Mpa 由 机械设计基础 图 10 4 得弯曲疲劳寿命系数 YN YN1 1 YN2 1 弯曲疲劳的最小安全系数 SFmin 按一般可靠性要求 取 SFmin 1 计算得弯曲疲劳许用应力为 bb1 bblim1 YN1 SFmin 490 1 1 490Mpa bb2 bblim2 YN2 SFmin 410 1 1 410Mpa 校核计算 bb1 2kT1YFS1 b1md1 71 86pa bb1 bb2 2kT1YFS2 b2md1 72 61Mpa bb2 故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够 9 计算齿轮传动的中心矩 a a d1 d2 2 50 195 2 122 5mm 华北理工大学迁安学院 10 10 计算齿轮的圆周速度 V 计算圆周速度 V n1d1 60 1000 3 14 473 33 50 60 1000 1 23m s 因为 V 6m s 故取 8 级精度合适 2 7 轴的设计计算 1 确定轴上零件的定位方式和固定方式 图 2 3 轴零件示意图 1 5 滚动轴承 2 轴 3 齿轮轴的轮齿段 4 套筒 6 密封盖 7 轴端挡圈 8 轴承端盖 9 带轮 10 键 2 从动轴设计 1 选择轴的材料 确定许用应力 选轴的材料为 45 号钢 调质处理 查 机械设计基础 图 10 1 可知 b 650Mpa s 360Mpa 查 机械设计基础 表 14 1 可知 b 1 bb 216Mpa 0 bb 102Mpa 1 bb 59Mpa 2 按扭转强度估算轴的最小直径 单级齿轮减速器的低速轴为转轴 输出端与联轴器相接 从结构要求考虑 输出端轴径应最小 最小直径为 d A 查 机械设计基础 P289 表 14 2 可得 45 钢取 C 118 第 2 章 一级圆柱齿轮减速器参数化计算 11 则 d 118 2 53 121 67 1 3mm 32 44mm 考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准 取 d 35mm 3 齿轮上作用力的计算 齿轮所受的转矩 T 9 55 106P n 9 55 106 2 53 121 67 198582 N mm 齿轮作用力 圆周力 Ft 2T d 2 198582 195N 2036N 径向力 Fr Fttan200 2036 tan200 741N 4 轴的结构设计 轴结构设计时 需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式 联轴器的选择 可采用弹性柱销联轴器 查 机械设计课程设计 表 17 2 可得联轴器的 规格为 35 82 联轴器 确定轴上零件的位置与固定方式 单级减速器中 可以将齿轮安排在箱体中央 轴承对称布置在齿轮两边 轴 外伸端安装联轴器 齿轮靠油环和套筒实现轴向定位和固定 靠平键和过盈配 合实现周向固定 两端轴承靠套筒实现轴向定位 靠过盈配合实现周向固定 轴通过两端轴承盖实现轴向定位 联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向 定位和周向定位 确定各段轴的直径 将估算轴 d 35mm 作为外伸端直径 d1 与联轴器相配 考虑联轴器用轴肩实 现轴向定位 取第二段直径为 d2 40mm 齿轮和左端轴承从左侧装入 考虑装 拆方便以及零件固定的要求 装轴处 d3 应大于 d2 取 d3 4 5mm 为便于齿轮 装拆与齿轮配合处轴径 d4 应大于 d3 取 d4 50mm 齿轮左端用用套筒固定 右 端用轴环定位 轴环直径 d5 满足齿轮定位的同时 还应满足右侧轴承的安装要 求 根据选定轴承型号确定 右端轴承型号与左端轴承相同 取 d6 45mm 选择轴承型号 由 机械设计基础 表 12 3 初选深沟球轴承 代号为 6209 查手册可得 轴承宽度 B 19 安装尺寸 D 52 故轴环直径 d5 52mm 确定轴各段直径和长度 段 d1 35mm 长度取 L1 50mm II 段 d2 40mm 初选用 6209 深沟球轴承 其内径为 45mm 宽度为 19mm 考虑齿轮端面和箱体 内壁 轴承端面和箱体内壁应有一定距离 取套筒长为 20mm 通过密封盖轴 华北理工大学迁安学院 12 段长应根据密封盖的宽度 并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定 为此 取该段长为 55mm 安装齿轮段长度应比轮毂宽度小 2mm 故 II 段长 L2 2 20 19 55 96mm III 段直径 d3 45mm L3 L1 L 50 2 48mm 段直径 d4 50mm 长度与右面的套筒相同 即 L4 20mm 段直径 d5 52mm 长度 L5 19mm 由上述轴各段长度可算得轴支承跨距 L 96mm 按弯矩复合强度计算 求分度圆直径 已知 d1 195mm 求转矩 已知 T2 198 58N m 求圆周力 Ft Ft 2T2 d2 2 198 58 195 2 03N 求径向力 Fr Fr Ft tan 2 03 tan200 0 741N 因为该轴两轴承对称 所以 LA LB 48mm 轴承支反力 FAY FBY Fr 2 0 74 2 0 37N FAZ FBZ Ft 2 2 03 2 1 01N 由两边对称 知截面 C 的弯矩也对称 截面 C 在垂直面弯矩为 MC1 FAyL 2 0 37 96 2 17 76N m 截面 C 在水平面上弯矩为 MC2 FAZL 2 1 01 96 2 48 48N m 5 算出和弯矩 MC MC12 MC22 1 2 17 762 48 482 1 2 51 63N m 6 计算转矩 转矩 T 9 55 P2 n2 106 198 58N m 7 计算当量弯矩 转矩产生的扭剪力按脉动循环变化 取 0 2 截面 C 处的当量弯矩 Mec MC2 T 2 1 2 51 632 0 2 198 58 2 1 2 65 13N m 第 2 章 一级圆柱齿轮减速器参数化计算 13 8 校核危险截面 C 的强度 由 e 65 13 0 1d33 65 13x1000 0 1 453 7 14MPa 1 b 60MPa 所以该轴强度足够 2 主动轴的设计 1 选择轴的材料 确定许用应力 选轴的材料为 45 号钢 调质处理 查 机械设计基础 图 10 1 可知 b 650Mpa s 360Mpa 查 机械设计基础 表 14 1 可知 b 1 bb 215Mpa 0 bb 102Mpa 1 bb 60Mpa 2 按扭转强度估算轴的最小直径 单级齿轮减速器的低速轴为转轴 输出端与联轴器相接 从结构要求考虑 输 出端轴径应最小 最小直径为 d A 查 机械设计基础 P289 表 14 2 可得 45 钢取 C 118 则 d 118 2 64 473 33 1 3mm 20 92mm 考虑键槽的影响以系列 标准 取 d 22mm 3 齿轮上作用力的计算 齿轮所受的转矩 T 9 55 106P n 9 55 106 2 64 473 33 53265 N 齿轮作用力 圆周力 Ft 2T d 2 53265 50N 2130N 径向力 Fr Fttan200 2130 tan200 775N 确定轴上零件的位置与固定方式 单级减速器中 可以将齿轮安排在箱体中央 轴承对称布置在齿轮两边 齿轮靠油环和套筒实现 轴向定位和固定 靠平键和过盈配合实现周向固定 两端轴承靠套筒实现轴向定位 靠过盈配合实现周向固定 轴通过两端轴承盖 实现轴向定位 4 确定轴的各段直径和长度 初选用 6206 深沟球轴承 其内径为 30mm 宽度为 16mm 考虑齿轮端面 和箱体内壁 轴承端面与箱体内壁应有一定矩离 则取套筒长为 20mm 则该 段长 36mm 安装齿轮段长度为轮毂宽度为 2mm 弯扭复合强度计算 求分度圆直径 已知 d2 50mm 求转矩 已知 T 53 26N m 求圆周力 Ft Ft 2T3 d2 2 53 26 50 2 13N 华北理工大学迁安学院 14 求径向力 Fr Fr Ft tan 2 13 0 36379 0 76N 因为两轴承对称 说以 LA LB 50mm 求支反力 FAX FBY FAZ FBZ FAX FBY Fr 2 0 76 2 0 38N FAZ FBZ Ft 2 2 13 2 1 065N 截面 C 在垂直面弯矩为 MC1 FAxL 2 0 38 100 2 19N m 截面 C 在水平面弯矩为 MC2 FAZL 2 1 065 100 2 52 5N m 计算合成弯矩 MC MC12 MC22 1 2 192 52 52 1 2 55 83N m 计算当量弯矩 根据 机械设计基础 得 0 4 Mec MC2 T 2 1 2 55 832 0 4 53 26 2 1 2 59 74N m 校核危险截面 C 的强度 由式 10 3 e Mec 0 1d3 59 74x1000 0 1 303 22 12Mpa 1 b 60Mpa 所以此轴强度足够 5 滚动轴承的选择及校核计算 从动轴上的轴承的选择校核计算 根据根据条件 轴承预计寿命 L h 10 300 16 48000h 由初选的轴承的型号为 6209 查 机械设计课程设计 P200 可知 d 45mm 外 径 D 85mm 宽度 B 19mm 基本额定动载荷 C 31 5KN 基本静载荷 CO 20 5KN 可知极限转速 7000r min 已知 nII 121 67 r min 两轴承径向反力 FR1 FR2 1083N 根据 机械设计基础 表 12 9 得轴承内部轴向力 FS 0 63FR 则 FS1 FS2 0 63FR1 0 63x1083 682N 因为 FS1 Fa FS2 Fa 0 故任意取一端为压紧端 现取 1 端为压紧端 第 2 章 一级圆柱齿轮减速器参数化计算 15 FA1 FS1 682N FA2 FS2 682N 求系数 x y FA1 FR1 682N 1038N 0 63 FA2 FR2 682N 1038N 0 63 根据 机械设计基础 表 12 9 得 e 0 68 FA1 FR1 e x1 1 FA2 FR248000h 所以预期寿命足够 主动轴上的轴承选择校核计算 由初选的轴承的型号为 6206 查 机械设计课程设计 P200 可知 d 30mm 外径 D 62mm 宽度 B 16mm 基 本额定动载荷 C 19 5KN 基本静载荷 CO 111 5KN 查 机械设计基础 P200 可知极限转速 13000r min 根据根据条件 轴承预计寿命 L h 10 300 16 48000h 已知 nI 473 33 r min 两轴承径向反力 FR1 FR2 1129N 根据 机械设计基础 得轴承内部轴向力 FS 0 63FR 则 FS1 FS2 0 63FR1 0 63x1129 711 8N 因为 FS1 Fa FS2 Fa 0 故任意取一端为压紧端 现取 1 端为压紧端 FA1 FS1 711 8N FA2 FS2 711 8N 求系数 x y FA1 FR1 711 8N 711 8N 0 63 FA2 FR2 711 8N 711 8N 0 63 华北理工大学迁安学院 16 根据 机械设计基础 表 12 9 得 e 0 68 FA1 FR1 e x1 1 FA2 FR248000h 所以预期寿命足够 2 8 键联接的选择及校核计算 1 根据轴径的尺寸 由 机械设计基础 P300 高速轴 主动轴 与 V 带轮联接的键为 键 8 36 GB1096 79 大齿轮与轴连接的键为 键 14 45 GB1096 79 轴与联轴器的键为 键 10 40 GB1096 79 2 键的强度校核 大齿轮与轴上的键 键 14 45 GB1096 79 b h 14 9 L 45 则 Ls L b 31mm 圆周力 Fr 2TII d 2 198580 50 7943 2N 挤压强度 56 93 125 150MPa p 因此挤压强度足够 剪切强度 36 60 120MPa 因此剪切强度足够键 8 36 GB1096 79 和键 10 40 GB1096 79 根据上面的步 骤校核 并且符合要求 2 9 减速器箱体 箱盖及附件的设计计算 1 减速器附件的选择 通气器 由于在室内使用 选通气器 一次过滤 采用 M18 1 5 第 2 章 一级圆柱齿轮减速器参数化计算 17 油面指示器 选用游标尺 M12 起吊装置 采用箱盖吊耳 箱座吊耳 放油螺塞 选用外六角油塞及垫片 M18 1 5 根据 机械设计课程设计 表 5 3 选择适当型号 起盖螺钉型号 GB T5780 M18 30 材料 Q235 高速轴轴承盖上的螺钉 GB5783 86 M8X12 材料 Q235 低速轴轴承盖上的螺钉 GB5783 86 M8 20 材料 Q235 螺栓 GB5782 86 M14 100 材料 Q235 箱体的主要尺寸 1 箱座壁厚 z 0 025a 1 0 025 122 5 1 4 0625 取 z 8 2 箱盖壁厚 z1 0 02a 1 0 02 122 5 1 3 45 取 z1 8 3 箱盖凸缘厚度 b1 1 5z1 1 5 8 12 4 箱座凸缘厚度 b 1 5z 1 5 8 12 5 箱座底凸缘厚度 b2 2 5z 2 5 8 20 6 地脚螺钉直径 df 0 036a 12 0 036 122 5 12 16 41 取 18 7 地脚螺钉数目 n 4 因为 a 250 8 轴承旁连接螺栓直径 d1 0 75df 0 75 18 13 5 取 14 9 盖与座连接螺栓直径 d2 0 5 0 6 df 0 55 18 9 9 取 10 10 连接螺栓 d2 的间距 L 150 200 11 轴承端盖螺钉直 d3 0 4 0 5 df 0 4 18 7 2 取 8 12 检查孔盖螺钉 d4 0 3 0 4 df 0 3 18 5 4 取 6 13 定位销直径 d 0 7 0 8 d2 0 8 10 8 14 df d1 d2 至外箱壁距离 C1 15 Df d2 至外箱壁距离 C2 16 凸台高度 根据低速级轴承座外径确定 以便于扳手操作为准 17 外箱壁至轴承座端面的距离 C1 C2 5 10 18 齿轮顶圆与内箱壁间的距离 9 6 mm 19 齿轮端面与内箱壁间的距离 12 mm 20 箱盖 箱座肋厚 m1 8 mm m2 8 mm 华北理工大学迁安学院 18 21 轴承端盖外径 D 5 5 5 d3 D 轴承外径 22 轴承旁连接螺栓距离 尽可能靠近 以 Md1 和 Md3 互不干涉为准 一般 取 S D2 第 2 章 一级圆柱齿轮减速器参数化计算 19 第三章 一级圆柱齿轮减速器三维模型的创建 一级圆柱齿轮减速器的三维模型的建立 是基于前边对减速器参数的计算 基础上建立起来的 没有前边的参数化计算就无法进行后续的建模 以及运动 仿真 一级圆柱减速器三维零件的建立过程如下 3 1 渐开线直齿圆柱齿轮的三维模型的创建 根据前边计算出的渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数 齿数 Z 模数 m 以及 分度元的直径 利用 Pro E 编辑程序及齿轮的参数化关系 以形成齿轮草图和 渐开线 再利用拉伸 投影 旋转 扫描 阵列等方法完成渐开线直齿圆柱齿 轮模型的创建如下图所示 a b 图 3 1 渐开线直齿圆柱齿轮的创建 a 齿轮轮廓及渐开线创建草图 b 齿轮三维实体模型 另一个齿轮的三维建模设计及创建过程如这一个一样不再贴出 3 2 轴的三维模型的创建 不论是从动轴还是输出轴 在 Pro E 中的创建过程是一样的 在 Pro E 草图 模式中先画出其纵刨面的大致形状 然后利用 Pro E 尺寸驱动的方法确定各个 段轴向尺寸的大小 形成各种轴的结构草图 然后通过旋转和倒角等各种指令 华北理工大学迁安学院 20 形成轴的基本模型然后拉伸去除材料形成轴上的键槽完成本轴的三维模型的创 建 第 3 章 一级圆柱齿轮减速器三维模型的创建 21 a b 图 3 2 轴的三维模型创建 a 轴的基本结构草图 b 轴的三维实体模型 3 3 箱体模型的创建 根据前边的参数化的计算得到上下箱体模型的基本参数 然后利用 Pro E 工具进行实体三维模型的创建 箱体模型的创建需要综合运用 Pro E 中三维模 型创建的拉伸增加材料 拉伸切除材料 倒圆角 筋特征 钻圆孔 沉孔 阵 列等方法完成箱体三维模型的创建 箱体三维模型的创建过程需要先绘制草绘平面 然后双向对称拉伸 生成箱 体的基础特征 然后选取两侧垂直面进行拔膜处理 随后进行箱盖基础特征倒圆 角 创建箱体装配凸缘 建立抽壳特征 选取箱体的实体面移除曲面 完成壳体的 创建 建立轴承座的创建 然后完成轴承安装孔的创建 打圆孔 为了箱体的强度 支持 绘制加强筋 箱体的基础工作已经完成 为了上箱盖工作的平稳 要在上箱 盖的顶端创建通气孔 华北理工大学迁安学院 22 a 减速器上箱体的三维模型 b 减速器下箱体的三维模型 3 4 油标的创建 根据箱盖所留下来的油标孔的大小 及其箱体的深度 利用 Pro E 的旋转 拉伸 倒圆角等命令建立油标的三维图像 第 3 章 一级圆柱齿轮减速器三维模型的创建 23 图 3 4 油标的三维实体图 3 5 小轴承的创建 利用前边参数化的计算数据 得出小齿轮的参数 利用 Pro E 再利用拉伸 投影 旋转 扫描 阵列等方法完成小轴承三维模型的创建 图 3 5 轴承的三维实体图 3 6 其他零件的创建 根据上述的计算过程 利用 Pro E 对其他零件的创建的过程可以用上述的 方法进行创建 螺栓 螺母 滚动轴承等标准件可以利用 Pro E 直接做出来 可以下载最新的 Pro E 标准库零件 做好 Pro E 标准库 标准零件可以从其中进 行查找添加 找到模板后利用 Pro E 的再生指令创建所需的零件三维图 说以 剩余的零件不在一一列举创建的过程 3 7 对一级齿轮减速的三维模型进行虚拟的装配 一级齿轮减速器的三维模型虚拟装配是将前面所创建好的各个零件模型进 行组装在一起 可以通过 插入 原件 装配 指令进行元件的装配 也可以直接单击右键 插入元件 按钮依次选择所要装备的元件进行插入按照 华北理工大学迁安学院 24 一定的约束关系进行零件间的装配 最终完成对一级齿轮减速器的三维模型的 装配 为了方便观看 以及美观装配的时候对零件进行着色 这样的显示效果 更佳的好看 图 3 7 一级齿轮减速器的装配图 a 一级齿轮减速器虚拟装配图 第 4 章 一级齿轮减速器的运动仿真 25 第四章 一级齿轮圆柱减速器的运动仿真 利用前边参数化的设计和三维模型的创建以及虚拟化的模型装配 将一级 齿轮减速器的各个零件虚拟化的表现了出来 现在将虚拟化的装配加上一个受 力使这个模型进行运动仿真 更加直观的表现出参数的过程的成败 通过在计 算机软件平台下对整套装置的设计仿真分析 能够及时地发现设计中的缺陷 并根据分析结果进行实时改进 4 1 对齿轮传动运动仿真 主要使用 基准平面 工具 基准轴 工具 添加元件 工具 定 义齿轮副 工具 定义伺服电机 工具 选择 机构机构 工具 回放 工具 测量 工具等来完成模型的运动仿真 效果图如下 图 4 1 齿轮传动的仿真 4 2 总传动部分运动仿真 一级齿轮减速器的的总体运动仿真 与单个的一对齿轮的操作命令基本类