Solid 机械基础及教程 7

第9章综合实例CONTENTS目录9.1齿轮设计9.2变速箱上箱盖设计9.3变速箱装配9.4高速轴工程图制作第9章

综合实例本章将给出齿轮、变速箱上箱盖的设计和变速箱装配等综合实例的操作讲解，以加深读者对前面章节的理解齿轮设计9.19.1齿轮设计齿轮基础概述作为机械、仪表工业重要零件，齿轮传动应用广、类型多，最常用渐开线圆柱齿轮，含直齿、斜齿等。齿轮传动瞬时速比恒定，功率、速度、传动比范围大，传动效率高，寿命长且结构紧凑易装配。减速箱齿轮设计本节聚焦减速箱中一对啮合齿轮设计，明确齿轮基本参数，展示设计效果，将介绍大齿轮设计过程。大齿轮建模步骤先通过拉伸特征建基体，用3点圆弧模拟渐开线外廓，再圆周阵列齿轮，最后切除拉伸做键槽和通孔。

大齿轮效果图拉伸特征概述拉伸特征由截面轮廓草图拉伸而成，适合构造等截面实体，此例为直径435mm正圆拉伸140mm。9.1.1拉伸基体9.1.1拉伸基体草图绘制与尺寸标注

新建SOLIDWORKS文件启动SOLIDWORKS2024，点击“快速访问”工具栏“新建”按钮，在弹出对话框中单击“确定”。创建草图绘制平面在设计树中选择“前视基准面”，点击“草图”控制面板“草图绘制”按钮，新建草图。绘制圆形草图轮廓点击“圆”按钮，将圆心置于坐标原点，拖动鼠标设定半径，可拖动边线或圆心修改圆。标注圆形尺寸参数点击“智能尺寸”按钮，选中圆并移动尺寸线至合适位置，设置直径为435mm后确认完成标注。

绘制圆

标注圆的直径9.1.1拉伸基体

拉伸基体生成操作点击“特征”面板“拉伸凸台/基体”，设终止条件为给定深度、深度140mm，点确定完成基体拉伸。设置拉伸属性

基体效果图9.1.2绘制齿轮齿形草图绘制准备

齿形草图前期准备选择前视基准面新建草图，正视于草图后，转换基体外圆为齿根圆，绘制直径480mm齿顶圆。

分度圆与中心线绘制绘制直径460mm分度圆并设为构造线，绘制过原点的竖直中心线与斜线中心线。

角度标注与精度设置标注两条中心线夹角为1.957度，通过文档属性设置角度小数位数为3位以显示精确数值。9.1.2绘制齿轮齿形轮廓绘制与完善

绘制基准草图元素单击“草图”控制面板“点”按钮，在分度圆与特定角度中心线交点绘点；再绘制两条竖直中心线并标注尺寸。

创建三点圆弧特征调用“3点圆弧”工具，以齿根圆、齿顶圆与对应竖直中心线交点为起止点，拖动确定圆弧半径。

添加几何关系定义使用“添加几何关系”工具，为三点圆弧与指定交点添加“重合”关系，固定圆弧使草图完全定义。

完善齿轮草图轮廓通过“镜向实体”工具镜像三点圆弧，再用“剪裁实体”工具修剪多余线段，显现齿轮轮廓。

设置标注单位属性

添加“重合”几何关系齿形拉伸特征生成点击“拉伸凸台/基体”，设置终止条件为“给定深度”、深度140mm，确定生成基体。9.1.2绘制齿轮9.1.3阵列齿

01阵列任务说明用特征阵列法将9.1.2节单个齿圆周阵列为46个齿，阵列后特征成整体，改原特征子特征同步更新

02阵列方式介绍SOLIDWORKS2024提供的特征阵列方式有：线性阵列、圆周阵列、草图阵列、曲线驱动阵列。9.1.3阵列齿圆周阵列操作步骤

阵列前期操作准备选择9.1.2节拉伸生成的原始齿特征，打开“圆周阵列”属性管理器，选定圆柱基体临时轴为阵列轴。

阵列参数设置操作点选“等间距”选项保证阵列均匀分布，设置实例数为46，最后单击“确定”完成齿的圆周阵列。设置圆周阵列参数

阵列齿操作说明概述本节将利用切除-拉伸特征来生成轴孔和键槽，具体操作如下。草图绘制操作步骤选前视基准面为草图绘制平面，新建草图，正视于草图，绘制指定草图轮廓切除拉伸操作步骤激活草图，点击“拉伸切除”按钮，选“方向1”终止条件为“完全贯穿”，单击“确定”完成操作。9.1.4制作轴孔和键槽切除-拉伸属性管理器9.1.5去除多余材料

齿轮等强度设计逻辑为实现等强度设计，先做带拔模切除，再拆分齿轮，最后镜像完成两面切除。在设计树中选择“前视基准面”作为草图绘制平面，再单击“草图”控制面板上的“草图绘制”按钮，新建一张草图。单击“视图（前导）”工具栏“视图定向”下拉列表中的“正视于”按钮，正视于草图。单击“草图”控制面板上的“圆”按钮。绘制两个以原点为圆心、直径分别为200mm和400mm的圆作为切除的草图轮廓，如图9-20所示。单击“特征”控制面板上的“拉伸切除”按钮打开“切除-拉伸”属性管理器，设置终止条件为给定深度，反向拉伸，深度30mm，拔模角度30度。单击“确定”按钮，完成带拔模属性的切除特征，如图9-22所示。

设置带拔模的切除特征参数9.1.6镜向特征

对称零件建模思路对称零件可先建一半模型，再用特征镜向生成整体，修改原始特征，镜向副本同步更新。

创建镜向基准面选择前视基准面，点击“基准面”按钮，设偏移70mm，确定生成镜向用基准面。9.1.6镜向特征执行特征镜向操作

镜向操作前准备明确需以“基准面1”为镜向面，将已生成的“切除-拉伸2”特征镜向至另一面。镜向特征操作步骤依次点击“镜向”按钮，选“基准面1”为镜向面，再选“切除-拉伸2”为目标特征，最后单击确定完成操作。9.1.6镜向特征

完成零件建模保存单击“快速访问”工具栏“保存”按钮，将零件保存为“大齿轮.SLDPRT”，零件建模完成。变速箱上箱盖设计9.2上箱盖功能定位作为变速箱关键箱体类零件，主要作用是保护变速箱内部的各类零件。设计软件功能运用使用SOLIDWORKS2024软件，综合运用拉伸、抽壳、切除、钻孔等多项功能完成设计。变速箱上箱盖设计变速箱上箱盖9.2.1绘制初步轮廓

基础实体外形制作通过SOLIDWORKS2024的拉伸等工具，打造变速箱上箱盖的基本实体外形结构。

装配凸沿与轮廓生成借助抽壳、切除等工具制作装配凸沿，完成变速箱上箱盖的初步轮廓构建。9.2.1绘制初步轮廓1．生成上箱盖实体

软件启动与基准设置启动SOLIDWORKS2024新建文件，选择前视基准面为绘图平面并转为正视，绘制十字中心线与定位中心线。

草图轮廓绘制与编辑以对应中心绘制大小圆，画直线并添加与两圆的相切几何关系，剪裁多余图形后绘制封口直线。

实体拉伸与圆角处理用两侧对称拉伸方式，以220mm深度生成上箱盖实体，对圆弧边线设置40mm恒定大小圆角。“新建SOLIDWORKS文件”对话框

确定草图绘制基准

确定小圆绘制中心绘制圆并标注尺寸凸沿草图绘制准备选择上箱盖实体底面为草图平面，将其转为正视方向，绘制以原点为交点的两条垂直中心线。凸沿轮廓绘制规范绘制装配凸沿的矩形轮廓并标注尺寸，再为矩形4个顶点创建半径100mm的草图圆角特征。凸沿拉伸特征生成调用拉伸凸台/基体功能，设置给定深度20mm，保持默认选项，生成上箱盖装配凸沿。9.2.1绘制初步轮廓2．制作装配凸沿9.2.1绘制初步轮廓3．生成上箱盖初步轮廓

抽壳工具操作步骤选上箱盖装配凸沿下表面，点击“抽壳”按钮，设厚度为20mm，默认其他参数，点确定完成腔体创建。

抽壳工具优势分析抽壳操作可在去除内部材料时同步完成内部角点倒圆，实现等壁厚切除仅需一次，比拉伸切除更高效。9.2.2创建孔特征孔特征设计地位孔特征是变速箱上箱盖的主要设计特征，其属性与变速箱下箱体的孔特征相似。孔特征类型划分上箱盖包含多种孔特征，主要有轴承安装孔、上箱盖装配孔、大闷盖安装孔等。孔特征设计思路将依据各类孔的不同类型特点，分别选用与之适配的设计方法来创建孔特征。轴承安装孔凸台创建先选上箱盖腔体内表面为绘图面，绘制基准中心线并标注尺寸，再绘圆剪裁出半圆，补直线后拉伸凸台。装配凸沿凸台创建以上箱盖装配凸沿下表面为绘图面，绘制矩形轮廓并添共线几何关系，做圆角后反向拉伸80mm完成凸台。轴承安装孔切除成型选轴承安装孔凸台外表面为绘图面，捕捉圆心绘指定直径的圆，通过拉伸切除深度100mm完成孔特征。9.2.2创建孔特征1．创建轴承安装孔9.2.2创建孔特征2．制作上箱盖安装孔

01孔特征创建方法采用SOLIDWORKS2024的“简单直孔”工具创建上箱盖安装孔，用于装配箱体与上箱盖。

02直孔创建操作步骤选上盖安装凸沿下表面为绘图平面，调用“简单直孔”工具，设置终止条件为完全贯穿，孔直径40mm生成孔特征。在设计树右键孔特征选“编辑草图”，用“智能尺寸”标注孔位置尺寸，完成位置编辑后退出草图。

03批量孔特征创建重复直孔创建与位置编辑步骤，完成其余箱体装配孔特征创建，各孔位置及最终外形参照对应图示。9.2.2创建孔特征3．生成大闷盖安装孔变速箱上箱盖大闷盖内螺纹盲孔可通过SOLIDWORKS2024“异型孔”工具生成，步骤如下：（1）选上箱盖轴承安装孔凸台外表面为草图平面，点击“正视于”使其转正。（2）点击“异型孔向导”，选“直螺纹孔”，标准设为ISO，规格选“M20×2.0”，螺纹浅深度设为20mm，其余默认。（3）切换至“位置”标签。（4）此时“点”工具处于选中状态。（5）取消“点”工具选中状态，拖动孔中心到合适位置。（6）用“智能尺寸”标注孔位尺寸，退出草图编辑。（7）点击“确定”完成螺纹孔创建。（8）重复上述步骤，按要求定义孔位尺寸，完成上箱盖外形。

“孔规格”属性管理器

9.2.3创建上箱盖强筋变速箱上箱盖筋特征制作步骤：1.选右视基准面为草绘平面，单击“正视于”按钮转正视方向。2.用“直线”按钮绘筋草图轮廓并标注尺寸。3.单击“筋”按钮，在属性管理器选“平行与草图”“两侧”，设厚度20mm。4.单击“确定”生成筋特征。5.单击“镜向”按钮，选绘制的全部特征为镜向对象，前视基准面为镜向基准面。6.单击“确定”完成镜向，得到变速箱上箱盖主体图。注：箱体类零件常用强筋，可通过SOLIDWORKS2024“筋”工具创建，筋的种类及创建方法详见本书前文。创建草绘基准面点击“特征”控制面板的“基准面”命令，以上视基准面为参考，设置偏移距离290mm，完成基准面1创建。绘制凸台草图轮廓选择基准面1为草绘平面，切换正视方向后绘制圆心与原点重合的圆，设置半径为40mm并确认。生成凸台带拔模特征使用“拉伸凸台/基体”工具，设置成形到上箱盖实体，添加5度向外拔模，完成凸台创建。绘制安装孔草图选择凸台上表面为草绘平面，切换正视方向，以凸台中心为圆心绘制半径20mm的圆。完成安装孔切除使用“拉伸切除”工具，设置终止条件为完全贯穿，确认后完成通气塞安装孔创建。9.2.4辅助特征的创建1．创建通气塞安装孔“参考几何体”下拉列表

“基准面”属性管理器生成通气塞安装孔9.2.4辅助特征的创建2．生成倒角特征1.点击“特征”面板“圆角”下拉列表里的“倒角”，调出属性管理器。2.设“角度距离”，输入距离5mm、角度45度，选轴承安装孔外边线。3.点击“确定”完成倒角创建。设置倒角特征

生成下箱体的倒角特征9.2.4辅助特征的创建3．生成圆角特征

筋特征圆角创建打开SOLIDWORKS2024，点击“特征”面板“圆角”按钮，设恒定大小圆角半径5mm，选中上箱盖筋外边线后确定完成创建。

后续操作及保存其余铸造圆角按同样方法创建，通过材质编辑器赋予灰铸铁材质，最后将零件保存为“上箱盖.SLDPRT”。

设置圆角特征变速箱装配9.3设备组成特点机械设计中多数设备由多零件装配而成，如紧固件组合、轴类传动部件等，并非单一零件构成。复杂设备建模流程大型复杂设备建模先完成单个零件建模，再按设计要求装配组合，最终构成完整模型。变速箱装配示意图9-88展示了变速箱的装配流程，直观呈现这类复杂设备的装配过程。变速箱装配9.3.1装配低速轴组件

低速轴组件构成包含低速轴、键、轴承、大齿轮等零件，是变速箱装配的重要组成部分。

低速轴装配步骤以轴为装配主体，先调入轴零件并将其设为“固定”，为后续其他零件装配奠定基础。9.3.1装配低速轴组件1．轴-键配合

新建装配体文件启动SOLIDWORKS2024，点击“新建”按钮选择“装配体”，确定后通过“浏览”导入“低速轴.SLDPRT”零件。

定位低速轴零件将低速轴捕捉系统坐标原点固定，它作为装配基础保持默认固定状态，特征管理器会显示其固定状态。

插入低速键零件点击“插入零部件”按钮，通过“浏览”导入“低速键.SLDPRT”，在装配界面选取位置完成插入。

添加装配约束关系通过“添加/编辑配合”依次设置键与键槽的底面、侧面、曲面端重合，限制三个自由度完成装配。

打开所选装配零件9.3.1装配低速轴组件2．齿轮-轴-键配合

插入大齿轮零件单击“装配体”控制面板“插入零部件”按钮，通过浏览选中“大齿轮.SLDPRT”，在装配界面选取位置完成插入。

添加键槽配合关系右键点击大齿轮选择“添加/编辑配合”，先将大齿轮键槽底面与键上表面设为重合配合，再将键槽侧面与键侧面设为重合配合。

添加端面配合固定重复配合操作，选择大齿轮端面与轴肩后端面设为重合配合，完成大齿轮的装配固定。

装配状态显示9.3.1装配低速轴组件3．轴-轴承配合

01插入轴承零件单击“插入零部件”按钮，浏览选择“轴承6319.SLDPRT”，在装配界面插入零件，此时零件呈欠定位状态。

02添加同轴心配合通过“添加/编辑配合”命令，选择轴承孔内表面与轴外表面，添加同轴心配合关系，完成轴承与轴的同轴定位。

03添加重合面配合再次添加配合，选择轴承内圈端面与轴的侧端面，添加重合配合关系，完成单端轴承的装配。

04完成双侧装配与保存重复前述步骤完成另一侧轴承装配，之后单击“保存”按钮，将组件保存为“低速轴组件.SLDASM”。装配高速轴组件高速轴组件含高速轴、高速键、小齿轮、轴承6315，参照9.3.1节装配，完成后保存为“高速轴组件.SLDASM”。9.3.2装配高速轴组件9.3.3下箱体-低速轴组件装配下箱体-低速轴组件通过低速轴组件中的轴承与下箱体中的轴承孔相配合，具体的装配过程如下。新建装配体文件

新建装配体文件启动SOLIDWORKS2024，点击“新建”按钮，在对话框中选择“装配体”并单击“确定”。

调用下箱体零件进入装配体界面后，在“开始装配体”属性管理器点击“浏览”，选择“下箱体.SLDPRT”查看预览。

新建装配体零件

“开始装配”属性管理器9.3.3下箱体-低速轴组件装配

单击“打开”对话框中的“打开”按钮，系统会自动关闭“打开”对话框，进入SOLIDWORKS2024装配界面鼠标指针变指定形状，捕捉系统坐标原点定位下箱体，SOLIDWORKS2024默认其为“固定”状态。装配低速轴组件点击“插入零部件”，经浏览选择“低速轴组件.SLDASM”插入，组件呈欠定位状态。

打开零件“下箱体.SLDPRT”9.3.3下箱体-低速轴组件装配添加装配关系

开启配合设置界面右击设计树里的“下箱体”，选“添加/编辑配合”项，或点击“装配体”控制面板的“配合”按钮，调出“配合”属性管理器。

完成低速轴装配选取低速轴轴承外表面与下箱体轴承孔内表面为配合面，设置距离为27.5mm，点击确定完成装配。插入低速轴组件

选择“添加/编辑配合”9.3.4下箱体-高速轴组件配合操作步骤说明

01插入高速轴组件单击“装配体”控制面板“插入装配体”按钮，通过“浏览”选取“高速轴组件.SLDASM”，在装配界面插入该组件。

02添加装配配合关系可右击设计树里的“高速轴组件”选“添加/编辑配合”命令，或单击“装配体”控制面板“配合”按钮调出属性管理器。添加“同轴心”配合关系9.3.5下箱体-高速轴组件配合同轴心配合操作选择“轴承6315”外表面与下箱体小轴承孔内表面为配合面，点击“同轴心”按钮完成配合。距离配合完成装配重复步骤02～04，选指定配合面，在“配合”管理器设距离值32.5，完成下箱体-高速轴组件配合9.3.5上箱盖-下箱体配合

装配任务说明变速箱箱体内传动部分已装完，本节开始装配其余零件，先进行上箱盖-下箱体装配。

插入上箱盖操作单击“装配体”控制面板“插入装配体”按钮，浏览选中“上箱盖.SLDPRT”，在装配界面选位置插入。9.3.5上箱盖-下箱体配合上箱盖装配配合操作

01启动配合操作右击设计树中“上箱盖”选“添加/编辑配合”，或点“装配体”控制面板“配合”按钮，调出“配合”属性管理器。

02添加面重合配合先选上箱盖安装凸缘下表面与下箱体上表面，设重合配合并确认，完成第一组面的重合装配。

03重复完成多组配合重复前述操作，分别选择下箱体与上箱盖的侧面、前端面设重合配合，完成整体装配。9.3.6大闷盖的装配大闷盖装配概述大闷盖的装配包括大、小闷盖及大、小透盖的装配。大闷盖的装配过程如下。

添加“同轴心”配合关系

选取配合面

完成大闷盖配合

9.3.6大闷盖的装配大闷盖装配步骤

大闷盖插入操作单击“装配体”控制面板“插入装配体”按钮，通过浏览选择“大闷盖.SLDPRT”，在装配界面选定位置插入。同轴心配合设置右击设计树“大闷盖”选择“添加/编辑配合”，选小闷盖小端外表面与下箱体大轴承孔内表面为配合面，添加同轴心配合。重合配合设置重复配合操作步骤，选下箱体大轴承安装孔凸缘外表面与小闷盖大端内表面为配合面，添加重合配合。螺孔对齐安装重复配合操作，选大闷盖安装孔与变速箱侧面螺孔为配合面，添加同轴心配合，完成大闷盖安装。9.3.6大闷盖的装配

其他闷透盖装配说明大透盖、小闷盖、小透盖装配方法同大闷盖，不再赘述，大闷盖装配最终效果如图所示。9.3.7坚固件的装配紧固件装配说明需先完成传动件、箱体等装配，才可进行含螺栓、螺母及垫片的紧固件装配，以下箱体联接件为例说明螺栓装配操作步骤先插入螺栓模型，再为螺栓螺杆与上箱盖安装孔添加同轴心配合，重复操作添加箱体与闷盖的重合配合。垫片与螺母装配流程依次插入大垫片、螺母模型，分别为垫片与螺栓、箱盖，螺母与螺栓、垫片添加同轴心与重合配合。9.3.7坚固件的装配紧固件装配步骤9.3.7坚固件的装配

后续装配提示参照上述步骤，可以完成其他坚固件的装配。装配完成后的变速箱如图所示。9.3.8螺塞和通气塞的安装

螺塞和通气塞的安装螺塞和通气塞安装较简单，可参照本章9.3.6节螺栓安装步骤操作，安装后变速箱如图9-157所示。高速轴工程图制作9.4轴类零件作用轴类零件是机械常见零件，主要用于支撑传动件，实现旋转运动并传递转矩。高速轴工程图转化本实例将把图9-158所示的高速轴机械零件，转化为对应的工程图。高速轴工程图制作9.4.1创建主视图

打开目标零件文件启动SOLIDWORKS，点击“快速访问”工具栏的“打开”按钮，在对话框中选需转工程图的零件文件。

设置工程图纸参数点击快速访问工具栏中“从零件/装配图制作工程图”，选自定义图纸大小并设置尺寸，确定完成。

放置零件视图右侧将出现零件所有视图，拖动上视图到编辑窗口，在图纸合适位置放置正视图。

设置视图显示比例右击图形窗口空白区选“属性”，在“图纸属性”对话框将比例设为1:2，点击确定即可放大视图。“图纸格式/大小”对话框

零件视图框

上视图

正视图“图纸属性”对话框

放大后的视图9.4.2创建剖视图

创建剖视图1.点击“剖面视图”选竖直切割线，放视图后勾选“反转方向”2.解除剖面A-A对齐关系，拖至正视图下方3.同理生成剖面B-B“剖面视图”属性管理器及生成的剖面图

移动后的视图调用模型项目标尺寸单击“注解”控制面板“模型项目”按钮，在属性管理器