两级展开式圆柱齿轮减速器的设计说明

1、 两级展开式圆柱齿轮减速器的数字化设计与传动件制造 摘要摘要 随着科学技术和国民经济的发展，渐开线圆柱齿轮传动减速器的需求量越来越大，质量要求也越来越高，传统的减速器设计方法己不能满足用户的需求，CAD/CAM 技术的迅速发展使得它无论在机械、电子、航空、建筑等领域都获得了成功的应用。这对于提高产品性能和质量、缩短产品开发周期、降低成本和增强市场竞争力起了巨大的作用。参数化设计模型是以约束来表达产品模型的形状特征，以一组参数来控制设计结果，从而能通过变换一组参数值方便地创建一系列形状相似的零件。参数化设计的基本手段有程序驱动与尺寸驱动。程序驱动法是通过分析图形几何模型的特点，确定模型的主参数以

2、与各尺寸间的数学关系，将这种关系输入程序中，进而在零件设计时只要输入几个参始值就可生成所要求的模型。尺寸驱动是对程序驱动的扩展，它的基本思想是由应用程序生成所涉与的基图，该图的尺寸有一系列的标识，这些尺寸由用户在编程时输入或交互式输入，从而生成用户模型。 关键词关键词 齿轮减速器 参数化设计 运动仿真 传动件制造 2 / 66S Se ec co on nd da ar ry y e ex xp pa an ns si io on n o of f t th he e n nu um mb be er r o of f c cy yl li in nd dr ri ic ca al l g g

3、e ea ar r r re ed du uc ce er r d de es si ig gn n a an nd d m ma an nu uf fa ac ct tu ur re e o of f t tr ra an ns sm mi is ss si io on n p pa ar rt ts sAbstractAbstract： Along with the science and technology and the national economy development, the involute cylindrical gears transmission reductio

4、n gear demand is more and more big, the quality requirement more and more is also high, traditional reduction gear design method oneself cannot satisfy the user the demand, the CAD/CAM technology rapid development causes it regardless of in domains and so on machinery, electron, aviation, building h

5、as all obtained the successful application. This regarding enhanced product performance and quality, the reduction product development cycle, reduces the cost and strengthens the market competitive power to play the huge role。The parameterization design model is expresses the product model by the re

6、straint the shape characteristic, by a group of parameter control design result, thus can through transform group of parameter values to found a series of shape similar components conveniently. The parameterization design essential method has the procedure actuation and the size actuation，The proced

7、ure actuation law is through the analysis graph geometry model characteristic, definite model main parameter as well as during various sizes mathematical relation, this kind of relations input routine in, then when components design so long as inputs the model which several senate initial values may

8、 produce request.，The size actuation is to the procedure actuation expansion, its basic thought is the base chart which involves by the application procedure production, this chart size has a series of marking, these sizes by user when programming inputs or the interactive input, thus production use

9、rs model。KeywordsKeywords： Speed reducer gear Parameterization design Simulation Transmission parts manufacturers I / 66目 录绪论 11.减速器的设计过程 21.1 减速器简介 21.1.1 齿轮减速器的构造 21.1.2 齿轮减速器的现状 31.1.3 齿轮减速器的发展趋势 31.2 传动方案的分析与拟定 41.2.1 传动方案的分析 41.2.2 传动方案的拟定 41.3 电机的确定 51.3.1 选择电动机类型 51.3.2 选择电动机的功率 51.3.3 确定电动机的

10、转速 51.4 传动装置运动与动力参数计算 61.4.1 传动比的计算与分配 71.4.2 传动装置的动力参数 71.5 传动零件的设计与计算 81.5.1 联轴器的类型和型号 81.5.2 带传动的设计与计算 81.6 齿轮传动的设计与计算 101.6.1 一级齿轮传动的设计与计算 101.6.2 二级齿轮传动的计算 121.7 轴的设计与计算 151.7.1 高速轴的设计 151.7.2 中间轴的设计与计算 161.7.3 低速轴（III）的设计与计算 171.8 箱体尺寸的计算 191.9 轴承的校核 201.9.1 求当量动载荷 p201.9.2 计算所需的额定动载荷 c202.圆柱齿

11、轮减速器传动件的参数化建模 212.1 参数化设计的理论方法 212.2 键的参数化建模 212.2.1 零件分析 212.2.2 创建键 212.3 轴承的参数化建模 232.3.1 零件分析 23 II / 662.3.2 创建轴承 232.4 轴的参数化建模 252.4.1 零件分析 252.4.2 创建轴 252.5 直齿轮的参数化建模 282.5.1 零件模型 282.5.2 创建直齿轮 282.6 斜齿轮的参数化建模 362.6.1 零件分析 362.6.2 创建斜齿轮 363.装配和运动仿真 373.1 装配 373.1.1 零件装配的基本流程 373.1.2 装配过程中常用的配

12、合方法 373.1.3 装配齿轮减速器总过程 383.1.4 全局干涉.473.2 运动仿真 483.2.1 运动仿真概述 483.2.2 运动仿真过程 484.传动件齿轮的制造 554.1 圆柱齿轮的功用与结构特点 554.2 齿轮加工方案选择 554.3 滚齿的原理与工艺特点 564.5 检验所加工的齿轮精度 58致 60参考文献 61 1 / 66绪论机械制造工业是国民经济中一个十分重要的产业，它为国民经济各部门科学研究、国防建设和人民生活提供各种技术装备，在社会主义建设事业中起着中流砥柱的作用。从农业机械到工业机械，从轻工业机械到重工业机械，从航空航天设备到机车车辆、汽车、船舶等设备，

13、从机械产品到电子电器、仪表产品等，都必须有机械与其制造。减速器也是有些设备中所不可缺少的机械传动装置，其广泛运用于机械行业中，用于调整传输速率、输出力矩，为各种终端设备提供动力。减速器由传动零件（齿轮或蜗杆） 、轴、轴承箱体与其附件所组成。在当今制造业中，传统的经验设计、类比设计和静态设计因为开发周期长、质量差、产品成本高等缺点越来越不适应日益加剧的市场竞争，企业能否对市场做出迅速的响应，生产出最大程度满足顾客要求的高质量低成本产品已成为竞争的焦点，因此社会生产的激烈竞争迫切需要一种能大力提高制造效率和要求的工具。早在 1965 年计算机辅助设计技术在美国麻省理工学院诞生了并得到了快速的发展，

14、而且在社会生活中得到了广泛的应用，已成为推动企业生产快速前进的技术力量，从 20 世纪 80 年代早期到现在，工程设计制图经历重大的转变，这些变化的出现在很大程度上是由于计算机辅助设计的进步。目前，三维 CAD/CAM 技术在产品设计和制造领域已经引起了人们的广泛关注和重视，学习、掌握和应用三维 CAD/CAM 软件成了高等院校工科学生、教师和企业工程技术人员的基本技能之一。在众多的三维 CAD/CAM 系统中，美国 PTC 公司的Pro/Engineer 产品在国的应用最为广。Pro/Engineer 是美国 PTC 公司推出的新一代CAID/CAD/CAM/CAE/PLM 软件，它是一个集

15、成化的软件，其功能是非常强大的，我们利用它可进行零件设计，产品装配、数控加工、钣金件设计，铸造件设计、模具设计、机构分析、有限元分析和产品数据管理，应力分析、逆向工程设计等。目前我国市场上，它主要涉与的行业有，工业设计、机械设计、仿真模拟、制造加工、有限元分析、电子电路、汽车、航天、电器设计、玩具设计等，随便科技的发展，pro/Engineer 在我国高等院校与研究院与工厂中得到了广泛的应用。 2 / 661.减速器的设计过程1.11.1 减速器简介减速器简介减速器是一种在原动机与工作机之间用来降低转速的独立传动装置，其类型很多，最常用的是以圆柱齿轮为传动零件的圆柱齿轮减速器。传动级数和传动的

16、布置形式也是多样的，其中应用最广泛的是二级展开式圆柱齿轮减速器，因才接触到参数化,采用一级齿轮减速器进行参数化设计。1.1.11.1.1 齿轮减速器的构造齿轮减速器的构造圆柱齿轮减速器主要由传动零件(齿轮、轴承、箱体)与其附件组成。(1）齿轮、轴与轴承组合,齿轮轴结构用于齿轮直径和轴的直径相差不大的情况。大齿轮装配在轴上，利用平键作周向固定，轴上零件利用轴肩、套筒和轴承盖作轴向固定零件。为防止在轴外伸段与轴承透盖结合处箱润滑剂漏失以与外界灰尘、异物进入箱，在轴承透盖中装有密封元件。(2)箱体是减速器的重要组成部件，它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度，箱体通常用灰铸铁铸造，对于受冲击载荷

17、的重型减速器也可采用铸钢箱体，单件生产的减速器，为了简化工艺，降低成本，可采用钢板焊接箱体，本设计中的箱体是由灰铸铁铸造的，为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱座用普通螺栓联接。轴承旁的联接螺栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间，为了保证箱体具有足够的刚度，在轴承座附近加支撑肋。为了保证减速器安置在基座上的稳定性，并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底座一般不采用完整的平面。(3)减速器的附件为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计应给予足够重视外，还应考虑

18、到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、检修拆装时上下箱的精确定位、吊运等辅助零部件的合理选择和设计。1）检查孔与其盖板为了检查传动零件的啮合情况、接触斑点、侧隙并向箱体注入润滑油，应在箱体能直接观察到齿轮啮合部位的位置设置检查孔，其大小应允许将手伸入箱，以便检查齿轮啮合情况，平时，检查孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。2）通气器减速器工作时，箱温度升高，气体膨胀、压力增大，为使箱受热膨胀的空气能自由地排出，以保证箱体外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面和轴伸或其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。3）轴承盖和密封装置为了固定轴系部件的轴向位置并承受轴承载荷，轴承座孔两 3 / 66端用轴承盖封闭

19、，轴承盖由凸缘式和嵌入式两种，在轴伸处的轴承盖是透盖，透盖中装有密封装置。本设计采用的是凸缘式轴承盖，凸缘式轴承盖的优点是拆装、调整轴承比较方便，与嵌入式轴承盖相比，零件数目较多，尺寸较大，外观不够平整。 4）定位销为了精确地加工轴承座孔，并保证每次拆装后轴承座的上下半孔始终保持加工时的位置精度，应在加工轴承座孔前，在上箱盖和下箱座的联接凸缘上配装定位销。5）启箱螺钉为了加强密封效果，在装配时通常于箱体剖分面上涂以水玻璃或密封胶，往往因交接紧密使分开困难。为此常在箱盖联接凸缘的适当位置，加工出 12 个螺孔，选入圆柱端或平端的启箱螺钉。拆卸减速器时，旋动启箱螺钉便可将上箱盖顶起。6）油面指示器

20、为了检查减速器油池油面的高度，以保证油池油量适当，一般在箱体便于观察，油面较稳定的部位，装设油面指示器。7）放油螺塞换油时，为了排出污油和清洗剂，应在箱体底部、油池的最低位置处开设放油孔，平时放油孔用带有细牙螺纹的螺塞堵住，放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的垫圈。8）起吊装置当减速器的质量超过 25 kg 时，为了便于搬运，常需在箱体上设置起吊装置，如在箱体上铸出吊耳或吊钩等。当减速器质量较大时，箱盖上的吊耳或吊环螺钉只允许吊运箱盖，而用箱座上的吊钩吊运下箱座或整个减速器。1.1.21.1.2 齿轮减速器的现状齿轮减速器的现状 改革开放以来，我国引进了一批先进的加工装备。通过不断引进、消化和吸

21、收国外先进技术以与科研攻关，开始掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量与齿轮加工精度都有较大的提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从 179-60 的 8-9 级提高到 GB 10095-88 的 6 级，高速齿轮的制造精度可稳定在 4-5 级。部分减速器采用硬齿面后，体积和重量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了大幅度的提高，对节能和提高主机的总体水平起到明显的作用。从 1988 年以来，我国相继制定了 50-60 种齿轮和蜗杆减速器的标准，研制了许多新型减速器，这些产品大多数达到了 20 世纪 80 年代的国际水平。目前，我国可设计制造 2800KW 的水泥磨减速

22、器、1700mm 轧钢机的各种齿轮减速器，各种棒材、线材轧机用减速器可全部采用硬齿面。1.1.31.1.3 齿轮减速器的发展趋势齿轮减速器的发展趋势 随着我国市场经济的推进， “九五”期间，齿轮行业的专业化生产水平有了明显 4 / 66提高，如一汽、二汽等大型企业集团的齿轮变速箱厂、轿车厂，通过企业改组、改制，改为相对独立的专业厂，参与市场竞争:随着军工转民用，农机齿轮企业转加工非农用齿轮产品，调整了企业产品结构;私有企业的崛起，中外合资企业的涌现，齿轮行业的整体结构得到优化，行业实力增强，技术进步加快。中国齿轮行业在 20 世纪 90 年代的快速发展，已基本完成了由卖方市场到买方市场的转变。

23、随着我国体制改革的深入，充分发挥行业协会作用，加强行业自律性市场约束，形成有序竞争的市场机制，是当前市场发展的迫切任务。 总之，当今世界各国减速器与齿轮技术发展总趋势是向六高、二低、二化方面发展。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。 减速器和齿轮的设计与制造技术的发展，在一定程度上标志着一个国家的工业水平，因此，开拓和发展减速器和齿轮技术在我国有广阔的前景。1.21.2 传动方案的分析与拟定传动方案的分析与拟定1.2.11.2.1 传动方案的分析传动方案的分析合理的传动方案首先要满足机器的功能要求，例如传递功率的大小，

24、转速和运动形式。此外还要适应工作条件（工作环境、工作场地、工作制度等），满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护便利、工艺性和经济性合理等要求。要同时满足这些要比较困难的，因此要通过分析比较多种传动方案，来选择能保证重点要求的较好传动方案。二级圆柱齿轮减速器的传动比一般为 840，用斜齿、直齿或人字齿。结构简单、应用广泛。其类型有三种：展开式、分流式、同轴式。展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大刚度。分流式则齿轮相对于轴承对称布置，常用于较大功率、变载荷场合。同轴式减速器长度方向尺寸较小，但轴向尺寸较大，中间轴较长，刚度较差。两极大齿轮直径接

25、近，有利于浸油润滑。轴线可以水平、上下或铅垂布置。1.2.21.2.2 传动方案的拟定传动方案的拟定带式输送机的齿轮相对于轴承不对称布置，因此选用展开式圆柱齿轮减速器。已知参数为：卷筒直径 D=450mm，运输带的有效拉力 F=4800N，运输带的速度 V=1.7m/s,卷筒效率为 0.96，长期连续工作。传动系统如图 1.1 5 / 66图 1.1 减速器传动系统简图 1.21.31.3 电电 机机 的的 确确 定定1.3.11.3.1 选择电动机类型选择电动机类型 按已知的工作条件和要求，选用 Y 型全封闭笼型三相异步电动机。1.3.21.3.2 选择电动机的功率选择电动机的功率 工作所需

26、要的电动机的输出功率为：wdpp1000wwF Vp1000wwF VP 由电机至工作机之间的总效率为：2123456w 式中、分别为带传动，齿轮传动的轴承，齿轮传动，联轴123456器、卷筒轴的轴承与卷筒的效率。取：、10.9620.9930.9740.9750.9860.96则=0.960.97 0.97 0.98 0.96=0.83w 20.99=9.83Kw1000dwFVP4800 1.71000 0.831.3.31.3.3 确定电动机的转速确定电动机的转速卷筒工作转速为：60 100060 1000 1.772.19 /min450wVnrD按推荐的合理传动比围，取 V 带传动的

27、传动比，12 4i 二级齿轮的传动比，则合理的传动比围；28 40i 16 160i 故电动机的转速可选围为：(16 160) 72.19 /mindwni nr1155.04 11550.4 /mindnr 6 / 66符合这一围的同步转速有 1500r/min 3000r/min 再根据计算出的容量，由表121 查出两种适用的电动机型号：表 1-1电动机转速方 案电动机型号满载转速同步转速质 量传动装置的传动比1Y160M-41440r/min1500r/min123Kg19.952Y160M1-22930r/min3000r/min117Kg40.59综合考虑电动机和传动装置的尺寸，重量

28、以与带传动和减速器的传动比，比较两个传动方案可知：方案 1 电动机转速较低，但总传动比小，传动转矩较小，方案 2 较为适中，能提供较大转矩，因此选用电动机型号为 Y160M1-2 所选电动机的额定功率=11Kw，满载转速=2930r/min，总传动比较为适中，传动装置结构较紧凑.edPmn所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如下表 1-2 所示：表 1-2中心高 H外行尺寸地脚螺栓孔直径 K160600 （250/2+255）38515轴伸尺寸 D E装键部位尺寸 FGD 42 11012 4237电动机外形图 1.31.41.4 传动装置运动与动力参数计算传动装置运动与动力参数计算1.4.11

29、.4.1 传动比的计算与分配传动比的计算与分配 7 / 66由选定电动机的满载转速和工作机的主动轴的转动速度可得传动装置的总传mnwn动比为：293040.5972.19mwnin对于多级传动比 为:i312ii ii为 V 带的传动比，取 V 带的传动比为 3.841i对于展开式二级圆柱齿轮减速器，推荐高速级传动比=（1.31.5）2i3i22333.84 (1.31.5) 40.593.84 (1.31.5)iii 取32.85 2.65i 32.8i 取.123(1.31.5)3.64 4.2ii24i 修正 V 带传动比：12340.593.522.8 4.1ii ii1.4.21.4

30、.2 传动装置的动力参数传动装置的动力参数(a)各轴的转速电机轴 02930 /minnrI 轴 0I12930832.386 /min3.52nnri轴 III2832.386203.02 /min4.1nnriIII 轴 IIIII3203.0272.507 /min2.8nnri卷筒轴: III72.507 /minwnnr(b)各轴的输入功率电机轴的输入功率： 9.83dPKwI 轴 I019.83 0.969.4368dPPkwII 轴 III12I239.4368 0.99 0.979.0622PPPkw III 轴 IIIII23II239.0622 0.99 0.978.702

31、4PPPkw 卷筒轴IVIII344568.7024 0.97 0.98 0.967.9416PPkw (c)各轴的输入转矩由式（2.17）计算电动机的输出转矩 Td=9.839550955032.042930dwPN mN mnI 轴 I10132.04 3.62 0.96111.345dTTiN m II 轴 III212111.345 4 0.99 0.97427.697TT iN m 8 / 66III 轴 IIIII323427.697 2.8 0.99 0.971150.008TTiN m卷筒轴IVIII34III4561150.008 0.97 0.98 0.961049.47T

32、TTN m 1.51.5 传动零件的设计与计算传动零件的设计与计算进行减速器装配图的设计时，必须先求得各级传动件的尺寸、参数，并选好联轴器的类型和尺寸。当传动装置中减速器外有传动时，一般应先进行其设计，以便使减速器设计的原始条件比较准确。例如设计带传动，可以得到确定的带传动比（由选定标准带轮直径求得） ，从而得到较准确的减速器传动比，各轴转速和转矩也才能比较准确确定。1.5.11.5.1 联轴器的类型和型号联轴器的类型和型号 联轴器除联接两轴并传递转矩外，有些还具有补偿两轴因制造和安装误差而造成的轴线偏移的功能，以与具有缓冲、吸振、安全保护等功能。因此要根据传动装置的要求来选定联轴器类型。 本

33、传动方案中仅有一对联轴器，即就是联轴器低速轴与工作机的联轴器。由于所连接轴的转速较低，传递的转矩较大，减速器与工作机不在同一底座上而要求有较大的轴线偏移补偿，因此选用 HL4 尼龙柱销联轴器。1.5.21.5.2 带传动的设计与计算带传动的设计与计算采用的电机为 Y160M1-2，其额定功率=11Kw，转速为=2930r/min,传动比为ep1ni=3.62，两班制工作。(a)功率，选取 V 带类型cp查表可知工作情况系数=1.2，=P=1.2 11=13.2KwAKcpAK根据=11Kw，=2930r/min，从图中选取 V 带类型为 Z 型普通 V 带。cp1n(b)确定准直径查表 7-8

34、 可知主动轮的最小基准直径=50mm,根据带轮的基准直径系列，取1mindd=100mm1dd根据式(7-13),计算从动轮基准直径=i=100 x3.52=352mm2dd1dd根据带轮的基准直径系列，取=355mm2dd(c)验算带的速度根据式（7-12）有：=1v1 160 1000dd n100 293015.33/60 1000m s速度在 5m/s25m/s，合适 9 / 66(d)基本长度和传动中心距根据式（7-19）有012(0.7 2)()(0.7 2) (100355)318.5 910ddaddmm根据式（7-20）计算带的初选长度222100120()(355 100)

35、2()2 600(100355)1941.442424 600ddddddladda根据表 7-3 选择带的基准长度2000dlmm根据式（7-21） ，带的实际中心距 a002000 1941.44600629.2822dLLaamm根据式（7-22）可知，中心距的可调整围为；即：602mma683mm(e)主动轮上的包角1 根据式（7-23）有：000000211355 10018057.318057.3155120629.28dddd 主动轮上的包角合适(f)V 带的根数根据式（7-24） 00 ()ccalPPZPPP KK由 Z 型普通 V 带，查表得，由12930 /minnr11

36、00ddmm04.64Pkwi=3.62查表 7-6 得=0.52kw，由=，查表 7-5 得=0.93 由=2000mm,0P10155aKdL查表 7-3 得=1.03lK=00()calPZPP KK13.22.67(4.640.52) 0.93 1.03 取 Z=4 根(g)初压力0F根据式（7-25）有=0F22.5500(1)caPq VVZ K minmax0.015629.28 0.015 1800 6020.03629.28 0.03 1800 683ddaalmmaalmm 10 / 66查表 7-2 可知故0.06/qkg m2013.22.5500(1)0.06 15.

37、33183.8715.33 4 0.97FN根据式（7-26）有作用在轴上的压力QF=QF0101552sin2 4 183.87 sin1436.0922ZFN 1.61.6 齿轮传动的设计与计算齿轮传动的设计与计算1.6.11.6.1 一级齿轮传动的设计与计算一级齿轮传动的设计与计算， ，i=3.521832.386 /minnrI9.4368pkw(a)选择材料，热处理、精度等级与齿数查表 8-7，小齿轮选用 45 钢，调质=217255，取=236，1HBS1HBS齿轮选用 45 钢，正火，=162217，取=190，有表 8-8 得，-2HBS2HBS1HBS=236-190=46，

38、合适，选用 8.8 级精度。2HBS选择小齿轮的参数=25，大齿轮的参数=i=3.52 25=88,1Z2Z1Z实际传动比：i=3.52,8825齿数比误差为：，8888100%05%27u (b)按齿面接触疲劳强度设计、确定计算参数619.43689.55 10108268.81 .832.386TN mm因载荷较平稳，齿轮相对轴承对称布置，由表 8-12 可知，取 k=1.2,齿宽系数：由表 8-14 取，d1.7d许用接触应力：由表 8-9 得： H，lim11350350236586HaHBSMp，lim22220220 190390HaHBSMp由表 8-10 得：，所以，min1H

39、S， lim1min5865861HaHHMps， lim2min3903901HaHHMps 11 / 66由于，因此应取带入， 2H 1H 2H常数系数 Z：对于直齿，为齿轮材料弹性系数，其值查表 8-13 可知，3.11EzzEz，齿数比：u=3.52，189.8EazMp将以上参数带入式（8-42）中 221331(1)5901.2 108268.81 (3.52 1)()()50.253901.1 3.52tdHKT UZdmmu、确定齿轮参数与主要尺寸 模数mm，1150.252.0125ndmz取标准模数2nmmm中心距：，12()2 (2588)11322nm zzamm对中心

40、距圆整取 a=115mm，112 2550ndmzmm，222 88176ndmzmm，11.1 5055dbdmm圆整取，2155,60bmm bmm、校核弯曲强度 用式（8-43） 11FFSFnKTCOSYYd bm校核许用弯曲应力：由表 8-9 得Flim113200.453200.45 236426.2FaHBSMPlim221840.741840.74 190324.6FaHBSMP由表 8-10 得，所以，min1FS， lim1min426.2426.21FaFFMPS， lim2min324.6324.61FaFFMPS当量齿数：由，确定当量齿数，即：vz1225,88zz，

41、1125vzz，2288vzz复合齿型系数：查阅 8-47 得，FSY124.1,3.95FSFSYY 12 / 66常数系数 Y：对斜齿 Y=2，11111.2 3607.032 4.152.82 56 60 2FFFSmnKTY YMPad b 212123.9552.8250.89 4.1FSFFFFSYMPaY分度圆直径：150dmm2176dmm齿顶高 121 22aaanhhh Mnmm 齿根高 12()1.25 22.5ffannhhhcMnmm齿全高 12122.54.5afhhhhmm齿顶圆直径1112502 254aaddhmm 22221762 2180aaddhmm 齿

42、根圆直 1112502.5 245ffddhmm22221762.5 2171ffddhmm中心距 1211()(50 176)11322addmm(c)齿轮结构外形齿根圆到键槽的距离 e，故为齿轮轴见后图；的齿顶圆直径1z2.5mm2z，故为腹板式结构。如下图 1.4 所示。500admm 图 1.41.6.21.6.2 二级齿轮传动的计算二级齿轮传动的计算 13 / 66(a)选择齿轮材料 IIIIII203.02 /min9.0622427.6973nrpkwTN mi查表 8-7，小齿轮选用 45 钢调质，取=236，大齿轮选1217 225HBS 1HBS用 45 钢，正火，=，取=

43、190，又表 8-8 得-2HBS162 2172HBS1HBS=236-190=46。合适。选 8 级精度（GB70095-88）2HBS选择小齿齿数：，127Z 2127 381ZZi 实际传动比：81327i 齿数误差为： 在允许误差围5%的变化81 814100%081(b)按齿面接触疲劳强度设计确定计算参数：又式 8-40 得： 6II1II9.06229.55 109.55426283.17203.02PTN mmn载荷系数 k：因载荷较为平稳，齿轮想岁轴承对称分布。由表 8-12 取 k=1.2齿宽系数：由表 8-14 取=1.1dd许用接触应力：由表 8-9 得4 lim11l

44、im22350350236586200200 190390HHHBSMPaHBSMPa由表 8-10 得所以min1HSlim1minlim2min586 5861390 3901HHHHHHMPaSMPaS由于，因此取小值代入21 HH2 H常数系数 Z：对斜齿轮 Z=3.11，在为齿轮材料弹性系数，其值查表 8-13EZEZ可得：=189EZMPaZ=590MPa齿数比=3模数：1176.172.82127dMnmmZ 14 / 66取标准值3mmMn 中心距12()3(2781)16222Mn ZZamm对中心距圆整，取 a=162mm112213 27813 812431.1 8189

45、.1ddMn ZmmdMn Zmmbdmm 圆整取2185,90bmm bmm(c)校合弯曲疲劳强度用式（8-43）校核： 11FFSFnKTYYd bm许用弯曲应力，由表 8-9 得： Flim113200.453200.45 236426.2FaHBSMPlim221840.741840074 190324.6FaHBSMP查表 8-10 得，所以min1FS，lim1min426.2 426.21FFFMPaSlim2min324.6 324.61FFFMPaS当量齿数由，确定齿轮的当量齿数，即：VZ127Z 281Z 11222781vvZZZZ复合齿形系数：查图 8-47 得=4.1

46、 =3.95FSY1FSY2FSY常数系数 Y：对直齿轮 Y=211122121cos1.2 426283.172 4.1191.8 81 90 33.95191.8 4.1FFSFnFSFFFSKTYYMPad bmYMPaFY ，127Z 281Z 3nm 162amm分度圆直径：1127 381ndZ mtZ mmm 22281 3243ndZ mtZmmm 齿顶高：121 33aaanhhhmmm 齿根高12()1.25 33.75ffanhhhc mmm 齿全高1233.756.75aafhhhhmm 15 / 66齿顶圆直径1112812 387aaddhmm 2222243 2

47、3249aaddhmm 1281 cos2076.115243 cos20228.345oBoBdmmdmm齿根圆直径111281 2 3.7573.5ffddhmm 22222432 3.75235.5ffddhmm 中心距1212()13 (2781)()162222nm ZZaddmm(d)齿轮结构外形齿轮的齿顶圆直径却 e 超过了 2.5m，则做成实心轮如下图 1.5 所示；1zad200mm齿轮的齿顶圆直径，应用腹板式结构，如下图 1.6 所示。2zad500mm 图 1.5 图 1.61.71.7 轴的设计与计算轴的设计与计算1.7.11.7.1 高速轴的设计高速轴的设计n=832

48、.386r/min，P=9.4368kw，=2mm，Z=25，b=55mmnm(a)选择轴的材料减速器功率不大，又无特殊要求，故选用最常用的 45 钢并作正火处理，由表10-1 查得=610Mpa。B(b)按转矩估算轴的最小直径应用式（10-2）估算，由表 10-3 取 A=107118（因轴上受较大弯矩）故339.4368(107 118)(24.04 26.51)832.386PdAmmn取 d=30mm(c)轴的结构设计 16 / 66根据轴的结构要求，轴的结构草图 1.7 设计如下：轴段 装带轮，孔径 30mm，长为 35mm，取=30mm， =40mm1d1l高速轴外形图 1.7轴段

49、齿轮两侧对称安装一对轴承，选择 6006，宽度为 18mm，取=40mm。左端2d轴承用套筒定位，根据轴承对安装尺寸的要求，轴肩高度取 3.5mm 该轴段的长度的确定如下：齿轮两侧端面润滑油隔绝，应设挡油环，为此取轴承端面至箱体3l壁的距离为 10mm，故挡油环的总宽度为 5mm，综合考虑取=72mm。2l轴段取=45mm，该段长度应小于齿轮毂宽度，取=95mm3d3l轴段取=50mm，=65mm4d4l轴段取=40mm，为使齿轮相对壳体对称分布，基于和轴段同样的考虑，5d2d取 =54mm1l1.7.21.7.2 中间轴的设计与计算中间轴的设计与计算n=203.02r/min，P=9.062

50、2kw，T=427.697N m轴上齿轮的参数： =2 Z=88 b=55mmnm=3 Z=27 b=90mmnm(a)选择轴的材料减速器的功率不大，又无特殊要求，故选用最长用的 45 钢并作正火处理，由表 10-1 得知=610MPaB(b)按转矩计算轴的最小直径应用式（10-2）估算，由表 10-3 取 A=107118 于是339.0622(107 118)37.96 41.86203.02PdAmmn考虑到键槽对轴强度的影响，取 d=40mm(c)轴的结构设计根据轴的结构设计要求，轴的结构设计草图 1.8 如下： 17 / 66中间轴外形图 1.8轴段齿轮两侧对称安装一对轴承，选择 6

51、206，宽度为 6mm，取=40mm。该轴1d段的长度 确定如下：齿轮两侧端面至箱体壁的距离取 10mm。轴承采用脂润滑为1l使轴承和箱体润滑隔绝，应设挡油环，为此取轴承端面至箱体壁的距离为 10mm，故挡油环的总宽度为 20mm。综合考虑取 =50mm。1l轴段考虑设置装配轴肩，取=45mm，该段长度应小于齿轮轮毂宽度，取2d=78mm2l轴段=58mm =9mm3d3l轴段=45mm =58mm4d4l轴段=40mm，基于和轴段同样的考虑，取=65mm5d1d5l1.7.31.7.3 低速轴（低速轴（IIIIII）的设计与计算）的设计与计算n=72.507r/min P=8.7024kw轴

52、上齿轮参数：=3mm = Z=81 b=90mmnm15.94o(a)选择轴的材料减速器的功率不大，又无特殊要求，故选用最常用的 45 钢并正火处理，由式10-1 查表得=610PmaB(b)按转矩计算轴的最小直径应用式（10-2）估算，由表 10-3 取 A=107118，于是得338.7024(107 118)52.78 58.2172.507PdAmmn考虑到键槽对轴强度的影响和联轴器标准，取 d56mm(c)轴的结构设计根据轴的结构设计要求，轴的结构草图设计如下图低速轴外形图 1.9 18 / 66轴段：轴的输出端用 HL4 尼龙柱销联轴器，孔径 40mm，孔长 90mm。取=40mm

53、， =84mm。1d1l轴段：取轴肩高 25mm，作定位用，故=61mm，该尺寸还应满足密封件的直径2d系列要求。=42.5mm2l轴段=65mm，齿轮两侧装一对轴承，选择 6210，宽度为 20mm，=45mm.3d3l轴段=80mm =85mm4d4l轴段=86mm =12.5mm5d5l轴段=76mm =76mm6d6l轴段=65mm =60mm7d7l(d)按弯曲和扭转复合强度对轴进行强度计算如图 1.10图 1.10， 74BClmm144CDlmm齿轮的受力计算668.70249.55 109.55 101146205.4772.507PTN mmn3 81252.72coscos

54、15.94nomdmm1122 1146205.479070.95252.72tTFNd209070.953433.58coscos15.94onrtotgtgFFN 19 / 669070.9515.942590.78oqtFF tgtgN水平支反力：252.722590.783433.58 144223769.75218qr CDHBBDdFF lRl3433.583769.75336.17HDrHBRFRN 水平弯矩：13769.75 74278961.5HCHBBCMRlN mm212590.78 252.72278961.548409.4622qHCHCFdMMN mm 垂直面支反力

55、：9070.954535.47522tVBVCFRRN垂直弯矩：4535.475 74335625.15VCVBBCMRlN mm合成弯矩：.222211278961.5335625.15436421.54HCVCMMMN mm22222248409.46335625.15339098.39HCVCMMMN mm扭矩：1146205.47TN mm当量弯矩：根据，查表 10-4 得：600BMPa155bMPa由于转矩有变化，按脉动考虑，取 a=0.60.6 1146205.47687723.28aTN mm22221()436421.54687723.28814510.33ecMMaTN m

56、m335814510.3312.810.10.1 86eceecMMMPawd校合结果： 剖面 C 的强度满足要求155ecbMPa1.81.8 箱体尺寸的计算箱体尺寸的计算机座壁厚：，取0.02530.025 15637.9a10mm机盖壁厚：，取1(0.8 0.85)8 8.518mm机座凸缘厚度：1.5 1015bmm机盖凸缘厚度：111.51.5 812bmm 20 / 66机座底凸缘厚度：22.52.5 1025bmm地脚螺栓直径：，取dfM0.0361217.6fdam20fdmm地脚螺栓数量：n=4(a 250)轴承旁螺栓直径：，取1dM10.750.75 1615ddfmm11

57、6dmm机盖与机座联结螺栓直径：，取2dM2(0.5 0.6)10 12ddf212d 机盖与机座联结螺栓的间距：150 200lmm轴承与端盖螺栓的直径：，取3dM3(0.4 0.5)8 10ddf310dmm窥视孔盖螺栓直径，取：4dM4(0.3 0.4)6 8ddf47dmm定位销直径：，取2(0.7 0.8)(0.7 0.8) 128.4 9.6dd9dmm螺栓，至外机壁距离，螺栓，至凸缘边距离：dfM1dM2dM1CdfM1dM2dM 表 1-3螺栓(20)fMd1(16)Md2(12)Md1C2622182C241614轴承旁的凸台半径12RC凸台高度 h=120mm外机壁与轴承座

58、端面的距离，取112(5 10)22 16(5 10)43 48lCCmm145l 大齿轮齿顶圆与机壁的距离：，取11.21.2 1012 115mm 齿轮端面与机壁的距离：取mm2810 212 机盖劲板厚度：，取110.850.85 86.8m 17mmm机座劲板厚度：，取0.850.85 108.5m9mmm轴承锻盖外径：取2350(5 5.5)50(5 5.5) 10100 105Dd2105D 轴承旁联结乱选距离：110Smm1.91.9 轴承的校核轴承的校核已知：，使用寿命不低于3433.58,2590.78,65,72.507 /minraFN FN dmm nr20000h，传

59、动有轻微冲击，工作温度不高于100根据工作条件，传动有轻微冲击，查表 11-8 得，温度不超过，由表 11-71.9pf 100得1.0tf 21 / 661.9.11.9.1 求当量动载荷求当量动载荷 p p，转速较低，所以选深沟球轴承 6306 系列，查手册可知：raFF027.0,15.2rrCKN CKN根据，查表 11-6 得 e=0.2602590.78170.4515.2arFC，12590.780.753433.58arFeF由表 11-6 通过查值得 X=0.56，Y=1.71，故：00.56 3433.58 1.71 2590.786353.04LraPXFYFN1.9.2

60、1.9.2 计算所需的额定动载荷计算所需的额定动载荷 cc，366601.9 6353.0460 72.507 22482.69101.010phtfnLcNf由于，故 6306 满足要求。rcc2 2. .圆柱齿轮减速器传动件的参数化建模2.12.1 参数化设计的理论方法参数化设计的理论方法参数化设计技术以约束造型为核心，以尺寸驱动为特征，允许设计者首先进行草图设计，勾画出设计轮廓，然后输入精确尺寸值来完成最终的设计。与无约束造型系统相比，参数化设计更符合实际工程设计习惯，因为在实际设计的初期阶段，设计人员关心的往往是零部件的大致形状和性能，对精确的尺寸并不十分关心，特别是在系 22 / 6