基于PROE進行減速器的設計及仿真論文

基于 PROE進行減速器的設計及仿真 摘要 ： Pro/Engineer 一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，具有單一數(shù)據(jù)庫功能。本文在減速器零部件幾何尺寸數(shù)值計算的基礎上，利用 Pro E 軟件實現(xiàn)了齒輪系和軸系等零件特征的三維模型設計；利用 Pro E 軟件實現(xiàn)了齒輪系和軸系的虛擬裝配，具有較好的通用性和靈活性。此系統(tǒng)的實現(xiàn)可以使設計人員在人機交互環(huán)境下編輯修改，快速高效地設計出圓柱齒輪減速器產(chǎn)品，同時通過PRO/E 對二級減速器進行建模設計，規(guī)劃零件的裝配過程，對實現(xiàn)預期的運動仿真，建立機構(gòu)運動分析，提高效率和精度 奠定了基礎。 關鍵字： 二級減速器 軸承 齒輪 機械傳動 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 目錄 摘要 . 0 關鍵字 . 0 Abstract. . 0 Key words . 0 1.二級減速器在傳動裝置中的應用 . 3 1.1 設計方案 . 3 1.2 傳動比的分配 . 3 1.3 各軸動力參數(shù)計算 . 4 2.高速級斜齒圓柱齒輪的設計 . 5 2.1 選定材料、精度等級、齒數(shù) . 5 2.2 齒面接觸疲勞強度計算 . 5 2.3 齒根彎曲疲勞強度校核 . 6 2.4 齒輪的幾何尺寸設計計算 . 6 3.創(chuàng)建高速級斜齒圓柱齒輪特征 . 7 4.低速級直齒圓柱齒輪傳動 . 10 4.1 選定材料、精度等級、齒數(shù) . 10 4.2 齒面接觸疲勞強度計算 . 10 4.3 齒根彎曲疲勞強度校核 . 11 4.4 齒輪的幾何尺寸設計計算 . 11 5.創(chuàng)建低速級直齒圓柱齒輪特征 . 11 6.軸的設計與計算 . 12 6.1 高速軸（ 1軸）的設計 . 13 6.2 中間軸（ 2軸）的設計 . 15 6.3 低速軸（ 3軸）的設計 . 16 6.4 鍵的聯(lián)結(jié)設計 . 18 7.創(chuàng)建各軸類及鍵類零件特征 . 19 8.二級減速器傳動件的初級裝配 . 21 9.滾動軸承的選擇 . 22 9.1 高速軸（ 1軸）上滾動軸承的選擇 . 22 9.2 中間軸（ 2軸）上滾動軸承的選擇 . 22 9.3 低速軸（ 3軸）上滾動 軸承的選擇 . 23 10.箱體上個部分尺寸計算與建模 . 23 11.Pro/E 總裝配圖及裝配爆炸圖 . 26 12.潤滑密封設計 . 26 13.設計總結(jié)： . 26 參考文獻 . 28 致謝 . 29 2 引言 ： 減速器是應用于原動機和工作機之間的獨立傳動裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率較高、傳遞運動準確可靠、使用維護方便和可成批生產(chǎn)等特點。傳統(tǒng)的減速器手工設計通常采用二維工程圖表示三維實體的做法，這種做法不 僅不能以三維實體模型直觀逼真地顯現(xiàn)出減速器的結(jié)構(gòu)特征，而且對于一個視圖上某一尺寸的修改，不能自動反應在其他對應視圖上。 1985 年美國 PTC 公司開始建模軟件的研究 ， 1988 年 V1.0 的 Pro/ENGINEER 誕生 ，隨后美國通用汽車公司將該技術應用于各種類型的減速器設計與制造中。目前在基于Pro/E 的減速器的模型設計、數(shù)據(jù)分析與生產(chǎn)制造方面美國、 德國和日本處于領先地位，美國 Alan-Newton 公司研制的 X-Y 式 精密 減速器 和 日本住友重工研制的 FA 型減速器都是 目前先進的 高精密型 齒輪減速器。 Pro/ENGINEER 技術可以方便快捷的實現(xiàn)建立基于零件或子裝配體的三維模型設計和裝配，并且提供了豐富的約束條件完成可以滿足的工程實踐要求。建立三維模型在裝配體環(huán)境下可以很好的對零件進行編輯和修改，在生產(chǎn)實際中便捷的把立體圖轉(zhuǎn)換為工程圖，在生產(chǎn)應用中充分利用 Pro/E 軟件進行幾何造型設計，進一步利用數(shù)控加工設備進行技術加工，可以顯著提高減速器的設計制造精密、設計制造質(zhì)量、設計制造效率，從而縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代生產(chǎn)的整個周期。而我國 在 Pro/E 的減速器 三維模 型設計方面還相對比較薄弱，因此， 隨著經(jīng)濟 全球化的 發(fā)展 ，在此 技術上我國需要不斷的突破創(chuàng)新，逐步提高“中國創(chuàng)造” 在國際市場的競爭力。 3 1.二級減速器在傳動裝置中的應用 1.1 設計方案 在數(shù)據(jù)運算的基礎上充分利用 Pro/E 三維幾何模型設計軟件 設計一臺二級展開式圓柱齒輪減速器，要求二 級減速器在傳動裝置中傳動系統(tǒng)的應用如圖 1-1 所示： 圖 1-1 傳動裝置總體效果圖 工作條件： 表 1-1 工作要求參數(shù)列表 連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，工作時有輕微振動，輸出端一般為帶式運輸機，其工作速度允許誤差為 5。傳動系統(tǒng)中采用二級展開式圓柱齒輪減速器，其結(jié)構(gòu)簡單但齒輪相對于軸承位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度，高速級和低速級分別為斜齒圓柱齒輪和直齒圓柱齒輪傳動。 1.2 傳動比的分配 根據(jù)已知工作條件計算： 工作機所需功率：1000W FP 傳動系統(tǒng)總效率 : 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 ) 彈 性 聯(lián) 軸 器 效 率 滾 動 軸 承 效 率 閉 式 齒 輪 傳 動 效 率 卷 筒 效 率 彈 性 聯(lián) 軸 器 ( 效 率1 2 3 4 50 . 9 9 0 . 9 9 0 . 9 6 0 . 9 6 0 . 9 9 2 ) 彈 性 聯(lián) 軸 器 效 率 滾 動 軸 承 效 率 閉 式 齒 輪 傳 動 效 率 卷 筒 效 率 彈 性 聯(lián) 軸 器 ( 效 率 工作機所需輸入端功率 : kwFvPd 051.4833.0100050.122501000 因工作時有輕微振動，故輸入端功率 kwPP dd 076.6026.5)5.13.1( 略大于 dp 則輸入端額定功率 mP 應取 kw5.5 . 工作拉力 )(NF 工作速度 )/( smv 卷筒直徑 )(mmD 2250 1 50 290 1.高速軸 2.中間軸 3.低速軸 4 由輸出端的工作：mmrD vn w 8.9829014.3 5.16000100060 通常二級圓柱齒輪減速器傳動比取 : 408i 則輸入端轉(zhuǎn)速 : mmrninwd 4.395368.7908.98)408( 由此初步確定輸入端可選電動機參數(shù)如下表 2: 表 1-2 電動機參數(shù)列表 電動機型號 額定功率（ kw） 同步轉(zhuǎn)速（ minr ） 滿載轉(zhuǎn)速（ minr ） 總傳動比 Y132M2-6 5.5 1000 960 i 此傳動系統(tǒng)總傳動比 : 72.98.98960 wmnni 所以此二級圓柱齒輪減速器的總傳動比 : 72.92312 iii 為了便于二級圓柱齒輪減速器采用浸油潤滑，當兩級齒輪的配對材料相同，齒面硬度 HBS 350,齒寬系數(shù)相等時?？紤]面接觸強度接近相等的條件，則 兩級圓柱齒輪減速器的傳動比分配如下： 高速級傳動比： 689.34.11 ii 低速級傳動比： 635.2698.3 72.9/ 12 iii 1.3 各軸動力參數(shù)計算 傳動系統(tǒng)各軸的轉(zhuǎn)速，功率和轉(zhuǎn)矩計算： 1 軸（減速器高速軸） mmrinn 9 6 019 6 00101 kwPPd 01.499.005.411 mNnPT 89.39960 01.495509550111 2 軸（減速器中間軸） 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 軸（減速器低速軸） 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 則各軸輸出功率和輸出轉(zhuǎn)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 將上述計算結(jié)果和傳動比及傳動效率匯總?cè)缦拢?表 1-3 動力參數(shù)列表 軸名 功率 )(kw 轉(zhuǎn)矩（ mN ） 轉(zhuǎn)速（ minr ） 傳動比 i 效率 輸入 輸出 輸入 輸出 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.高速級斜齒圓柱齒輪的設計 2.1 選定材料、精度等級、齒數(shù) 考慮減速器要求結(jié)果緊湊故大小齒輪均用 40Cr 調(diào)質(zhì)處理后表面淬火，因載荷較平穩(wěn)，齒輪速度不高，初選 7 級精度，選小齒輪齒數(shù) 241 z ，大齒輪齒數(shù)90246 8 9.3112 ziz ，取齒寬系數(shù) 0.1d 初選螺旋角 36.11 實際傳動比75.3249012 i ，誤差 %50 1 6 2.075.3 689.375.3121212 i ii，在設計給定的 %5 范圍內(nèi)可用。 2.2 齒面接觸疲勞強度計算 3 211 )(12HEhdtt zzTKd 確定公式中各式參數(shù)： 1)載荷系數(shù)試選： 5.1tK 2)齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： mNnPT d 4661 100299.4960051.41055.911055.9 3)材料系數(shù)： 65.1,87.0,78.0,4 3 3.2,8.1 8 9 2121 則HE zM P az 4)應力循環(huán)次數(shù) ： 811 107648.21630019606060 hjLnN 712 103728.775.3 1087648.2 NN 5)確定大小齒輪的接觸疲勞許用應力極限： l i m 1 l i m 26 0 0 5 6 0HHM P a M P a 取安全系數(shù) 1HS ，接觸疲勞壽命系數(shù) 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 按較小者取 1 HH 計算小齒輪分度圓直徑 6 11.51)532433.28.198(75.3175.30.14 0 2 9 95.123 21 td 計算圓周速度： smv 568.2100060 nd 11t 校正分度圓直徑： ttt dmmmmkkdd13311 97.435.108.14 9 . 0 6 2.3 齒根彎曲疲勞強度校核 23211 FSaFadF YYmzKT 確定公式中各參數(shù)值： 1)大小齒輪的彎曲疲勞強度極限 取 : l i m 1 l i m 22 4 0 2 6 0FFM P a M P a 2)彎曲疲勞壽命系數(shù)取 120.870.91FNFNKK 3)取定彎曲疲勞安全系數(shù) 4.1FS ,應力修正系數(shù) 0.2STY 則許用彎曲應力 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)使用系數(shù) 1Ak 根據(jù) smv 568.2 按 7 級精度，動載系數(shù) 0.1vk ， 08.1k 則計算載荷系數(shù) : 08.1108.10.11 kkkkk vA 5)齒輪系數(shù)21 FaFa YY和應力修正系數(shù) 21 sasaYY計算 122 . 6 2 2 . 1 81 . 5 9 1 . 7 9F a F as a s aYY 比較取其中較大值代入公式計算 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 小齒輪的數(shù)值大，應按小齒輪校核齒根彎曲疲勞強度校核計算 62.335.2240.1 58.120.24029908.12 122 MP aF 所以 彎曲疲勞強度足夠。 2.4 齒輪的幾何尺寸設計計算 1） 計算模數(shù)： mmzdm 832.136.11c o s2497.43c o s11 ,按標準取模數(shù) mmm 5.2 2） 兩輪分度圓直徑： mmmzd 60245.211 mmmzd 225905.222 3） 中心距： mmzzma 5.14236.11c o s2)9024(5.2c o s2)( 21 4） 齒寬： mmdb d 60600.11 mmbb )105(21 取mmbmmb657021 7 5） 齒全高 : mmmh 625.2 3.創(chuàng)建高速級斜齒圓柱齒輪特征 A、新建零件文件 圖 3-1 新建 在上工具欄中單擊“新建”按鈕 在系統(tǒng)彈出的【新建】對話框，選中其中的零件單選按鈕，在“名稱”欄中輸入“ xiechilun”，不勾選“ 實用缺省模板”，單擊 ， 圖 3-2 模板 在彈出的“新文件選項”對話框中選擇 mmns_part_solid，將英制單位改為公制單位 ,單擊 進入三維實體建模環(huán)境如圖 4： 8 圖 3-3.繪圖頁面 B、創(chuàng)建基礎實體特征 1.設置參數(shù) 在 參數(shù)對話框中選擇添加參數(shù)，在新建的列表中選擇添加的參數(shù)輸入名稱 M，數(shù)值2.5，按此步驟輸入其余參數(shù)如圖 5 圖 3-4 參數(shù)對話框 2.創(chuàng)建基準曲線 此步驟為分別作齒輪的基園，齒頂圓，分度圓和齒根圓，然后通過參數(shù)定義其尺寸，然后通過使用參數(shù)方程定義漸開 線創(chuàng)建出齒廓線。 步驟： 1).準特征 草繪 繪制四個圓 完成 2).具 關系對話框 關系編輯區(qū) 輸入關系式 完成后再生模型得到如圖 6 曲線 3) . 曲線選項 從方程 /完成 曲線 方程對話框 得到坐標系 /選取 在出現(xiàn)的設置坐標類型菜單中選擇坐標軸選項在彈出對話框中輸入?yún)?shù)方程并保存，回到原對話框點確定即完成曲線創(chuàng)建。單擊 選擇曲線完成基準點的創(chuàng)建。類似操作創(chuàng)建基準軸和基準面。在模型區(qū)選擇漸開線創(chuàng)建 齒輪漸開線 。 9 圖 3-5 齒輪曲線及齒的創(chuàng)建 4).此曲線創(chuàng)建完畢的基礎上創(chuàng)建齒特征，單擊“陣列工具”按鈕 ，在操控板中的 陣列方式框中選擇“軸”方式，系統(tǒng)提示“選取創(chuàng)建陣列的軸”，在主視區(qū)中選擇旋轉(zhuǎn)軸線作為參照，在“輸入第一方向的陣列成員數(shù)” 輸入框中輸入陣列數(shù)目，單擊右側(cè)的 ，完成齒特征的陣列特征的創(chuàng)建 完成齒創(chuàng)建后在右工具箱中單擊“拉伸工具” ，單擊 ，在彈出的草繪上滑面板中單擊“定義”按鈕，彈出“草繪 ”對話框，在主視區(qū)內(nèi)選擇 FRONT 基準平面作為草繪平面，單擊 按鈕。接受系統(tǒng)默認的繪圖 參照，單擊 按鈕進入草繪器，在主視區(qū)中繪制拉伸截面圖，同時可以在關系對話框中輸入方程式以便調(diào)用，單擊 退出草繪完成鏤空特征及軸鍵特征。 單擊“倒角工具”按鈕 ，在主視區(qū)中選擇外側(cè)的兩條和內(nèi)側(cè)的一條曲線，單擊下工具箱左側(cè)下拉列表框右側(cè)的 ，將倒角方式改為“ 45 D”，在右側(cè)的下拉列表框中輸入 D 值，單擊下工具箱右側(cè)的 ，完成倒角特征的創(chuàng)建。 圖 3-6 斜齒輪創(chuàng)建實體效果圖 10 4.低速級直齒圓柱齒輪傳動 4.1.定材料、精度等級、齒數(shù) 選擇 45 鋼調(diào)質(zhì)淬火回火處理，齒面硬度分別為 220HBS， 280HBS，屬軟齒閉式傳動，載荷平穩(wěn)齒輪速度不高，初選 7 級精度，小齒輪齒數(shù) 301 z 大齒輪齒數(shù)8030635.2112 ziz ，按軟齒面齒輪非對稱安裝取齒寬系數(shù) 0.1d ，實際傳動比67.2308012 i ，誤差 %50 1 3 1.067.2 635.267.2121212 i ii，在設計給定的 5%范圍內(nèi)可用。 4.2.面接觸疲勞強度計算 3 211 )(132.2HEdtt zTKd 確定各式參數(shù)： 1) 載荷系數(shù)試選 : 5.1tK 2) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 : mNnPT 56161 10399.1960 811.31055.91055.9 3) 材料系數(shù) : MP az E 8.189 4) 大，小齒輪的接觸疲勞極限 : l i m 1 l i m 26 0 0 5 8 0HHM P a M P a 5) 應力循環(huán)次數(shù) : 811 10494.716300123.2606060 hjLnN 8812 10806.275.3 109494.7 NN 6)接觸疲勞壽命系數(shù) 120.920.98HNHNKK確定許用接觸應力 ,取安全系數(shù) 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 計算小齒輪分度圓直徑 : mmdt 43.77)5528.198(67.2167.20.1390015.132.2 3 21 7)計算圓周速度 :smv 0544.1100060 nd 11t 8）計算載荷系數(shù) k 系數(shù) 1Ak ，根據(jù) smv 0544.1 ，選 7級精度 ,得動載系數(shù) vk =0.7 ,k=1.0 則 756.0108.17.01 kkkkk vA 9）校正分度圓直徑 ttt dmmmmkkdd13311 04.495.1756.07 7 . 4 3 11 4.3.齒根彎曲疲勞強度校核 23211 FSaFadF YYmzKT 確定公式中各參數(shù)值 : 1)大小齒輪的彎曲疲勞強度極限 查取 l i m 1 l i m 22 4 0 2 6 0FFM P a M P a 2)彎曲疲勞壽命系數(shù)查取 120.861.02FNFNKK 3)取定彎曲疲勞安全系數(shù) 4.1FS,應力修正系數(shù) 0.2STY 許用彎曲應力 :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)系數(shù)21 FaFa YY和應力修正系數(shù) 21 Sasa YY，計算 122 . 6 2 2 . 2 41 . 5 9 1 . 7 5F a F as a s aYY 比較取其中較大值代入公式計算 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)輪的數(shù)值大，應按小齒輪校核齒根彎曲疲勞強度校核計算 61.2405.2240.1 625.152.21 3 9 9 0 0756.02 222 FF MP a 所以彎曲疲勞強度足夠。 4.4.齒輪的幾何尺寸設計計算 1).計算模數(shù) mmzdm 6 3 5.130 .6511 ，按標準取模數(shù) mmm 5.2 2).兩輪分度圓直徑 mmmzd 75305.211 =m mmmzd 200805.222 3).中心距 mmzzma 5.1372 )8030(5.22 )( 21 4).齒寬 b=dd1=1.0 75=75mm mmbb )105(12 取mmbmmb657021 5).齒全高 mmmh 625.2 5.創(chuàng)建低速級直齒 圓柱齒輪特征 在上面已有生成的參數(shù)齒輪創(chuàng)建的基礎上，可以通過把已有參數(shù)齒輪作為模板進行修改參數(shù)對話框，來改變齒輪各個參數(shù)已得到所需齒輪特征。 步驟： 1).打開已有參數(shù)齒輪，如上述打開工具 參數(shù)，彈出關系對話框，修改齒輪的齒數(shù)數(shù)值和模數(shù)數(shù)值，單擊 完成參數(shù)設置，選擇標準工具欄再生 工具 ，再生模型。 2).由此按以上所計算的數(shù)據(jù)，修改齒輪各個參數(shù)得到所要的齒輪參數(shù)特征， 12 圖 5-1 直齒輪特征圖 6.軸的設計與計算 在完成了傳動系統(tǒng)運動及動力參數(shù)的計算和減速器兩 級齒輪傳動的設計計算之后，接下來可進行減速器軸的設計，繪制軸的布置簡圖和初定跨距，軸的布置入圖 圖 6-1 軸分部圖 考慮相鄰齒輪設軸向不發(fā)生干涉，計入尺寸 : mms 10 齒輪與箱體內(nèi)壁設軸向不發(fā)生干涉，計入尺寸 : mmk 10 為保證滾動軸承放入箱體軸承座孔內(nèi)，計入尺寸 mmc 6 初取軸承寬度分別為 : mmnmmnmmn 222220 321 由 mma 5.1421 mma 5.1372 mmbh 751 mmbh 802 mmbl 701 mmbl 652 則 3 根軸的支架跨度分別為 13 mmnbkcL h 192)(2 111 mmnbkcL h 189)(2 212 mmnbkcLh 194)(2 313 6.1 高速軸（ 1 軸）的設計 1.選擇軸的材料及熱處理 軸上齒輪的直徑較小，采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，軸和齒輪的材料及熱處理一致，選用 40 rC調(diào)質(zhì)處理后表面淬火 。 2. 軸的受力分析 軸的受力簡圖如圖示 : （ a）軸的受力簡圖 1192 LmmL AB mmbkcnL hAC 5122 11 mmLLL ACABBC 1 4 1 1)計算齒輪的嚙合力 NdTF t 96.1 61 12111 Nb aFF tr 145.602c o sta n11 NbFF tA 23.3 7 2ta n11 2)求水平面內(nèi)的支承反力，作水平面內(nèi)的彎矩圖 : 軸在水平面內(nèi)的受力簡圖，如圖示： (b) 軸在水平面內(nèi)的受力簡圖 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 點 水 平 支 反 力右 支 點 垂 直 支 反 力 軸在水平面內(nèi)的彎矩圖如上圖示 3)求垂直面內(nèi)的支承反力，作垂直面內(nèi)的彎矩圖 軸在垂直面內(nèi)的受力簡圖，如圖示 (c) 軸在垂直面內(nèi)的受力簡圖 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 點 軸 向 支 反 力 F右 支 點 軸 向 支 反 力 F 軸在垂直面內(nèi)的彎矩圖如上圖示。 4)求截面 C 處彎矩 mNlFMACAXH 5 9 4 1 4 C 處垂直彎矩 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 處 合 成 彎 矩 考慮啟動，停機的影響，扭矩為脈動循環(huán) 3/ 5 3 7 4 4 / ( 0 . 1 3 2 ) 1 9 . 3 1 7c a c a aM w M P 強度校核 45 號鋼調(diào)質(zhì)處理，由 MPaca 601 彎扭合成強度滿足要求。 3. 軸的初步計算； 15 3122)(10 TMd ( ) 2 0 7 6 4C B CM M l B N m 軸為 40Cr調(diào)質(zhì) MPab 735，許用彎曲應力值 1 6 0 M Pa 取折算系數(shù) 6.0 將以上數(shù)值代入軸計算截面（ c 截面）直徑計算公式 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 軸的最小直徑 :31 nPCd 098.189604 .0 5 1121 3 mm 4.軸的結(jié)構(gòu)設 計 按經(jīng)驗公式，減速器輸入軸的軸端直徑， ( 0 . 8 1 . 2 ) ( 0 . 8 1 . 2 ) 2 2 . 5 2 1 7 . 8 2 7emd d m m （ md 電動機軸端直徑 ) 參考聯(lián)軸器標準軸孔直徑，取減速器高速軸的軸端直徑 mm25減d 根據(jù)軸上零件的布置，安裝和定位的需要，初定各軸段的直徑及長度其中軸頸，軸頭結(jié)構(gòu)尺寸與軸上相關零件的結(jié)構(gòu)尺寸聯(lián)系起來統(tǒng)籌考慮。 軸頸（軸 上安裝滾動軸承段）直徑可選?。?35 30 35 40 47 mm 6.2 中間軸（ 2 軸）的設計 1.選擇軸的材料用 45 號鋼調(diào)質(zhì)， 2.軸的受力 1189 LmmL AB mmbkcnL hAC 5.4922 22 mmLLL ACABDB 5.139 mmbkcnL hAD 6722 12 1) 計算齒輪的嚙合力； 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 （軸在水平面內(nèi)的受力簡略） 求水平面內(nèi)的支承反力 16 mNlFMmNlFMMMNFFFFNllFlFFBDBXDXACAXCXBXAXAXttBXABBDtBCtAX49.187832435.120687047.280313.243815126.372913.2438189676.37295(軸在水平面內(nèi)的彎矩圖略 ) 2) 求垂直面內(nèi)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 （軸在垂直面內(nèi)的彎矩圖略） 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 （軸的合成彎矩圖，轉(zhuǎn)矩圖略） 3.軸的初步計算； 4 2 . 5 6 m m )(103122 TMd 材料 45 號鋼調(diào)質(zhì) MPab 640，許用彎曲應力 MPa60 1 取折算系數(shù) 6.0 軸的最小直徑為 : mmnPCd 4.272 6 0 . 2 33 . 8 1 1121 332 在此軸段開有一個鍵槽時，直徑增大 4%計算截面直徑 2 6 .0 42 9 .5 5cDd m md m m 4.軸的結(jié)構(gòu)設計 按經(jīng)驗公式，減速器高速級從動軸的危險截面直徑 ( 0 . 3 0 . 3 5 ) ( 0 . 3 0 . 3 5 ) 1 2 5 3 9 4 5 . 5dd a m m 取減速器中間軸的危險截面直徑 mmdd 40，根據(jù)軸上零件的布置，安裝和定位的需要，初定各軸的直徑及長度其中軸頸、軸頭結(jié)構(gòu)尺寸應與軸上相關零件的結(jié)果尺寸。聯(lián)系起來統(tǒng)籌考慮。 安裝齒輪處軸段長度：軸段長度 =輪轂長度 2mm 軸頸（軸上安裝滾動軸承段）直徑： 35 40 45 40 35 mm 6.3 低速軸（ 3 軸）的設計 1.選擇軸的材料選用 45 號鋼調(diào)質(zhì) 17 2.軸的受力分析軸的受力簡圖所示 （ a）軸的受力簡圖 圖中 3194 LmmL AB mmbhkcnL BC 5.6422 23 mmLLL BCABAC 5.129 1) 計算齒輪的嚙合力； NdTF t 13992001 3 9 0 022431 NFF tr 23.3 7 220ta n 44 2) 求水平面內(nèi)的支承反力 軸在水平面內(nèi)的受力簡圖如圖所示： (b) 軸在水平面內(nèi)的受力簡圖 mNlFMMMNFFtFNllFACAXCXBXAXAXBXABBCAX335.6 0 2 3 4087.933413.4654Ft (軸在水平面內(nèi)的彎矩圖略 ) 3) 求垂直面內(nèi)的支承反力，作垂直面內(nèi)的彎矩圖； 軸在垂直面內(nèi)的受力簡圖如圖所示 18 (c) 軸在垂直面內(nèi)的受力簡圖 mNlFM c yMMNFFFNllFACAyByAyAyrByABBCyA23.1 6 5 4 9 3058.2 5 6 594.1 2 7 7F44r （軸在垂直面內(nèi)的彎矩圖略 ) 4) 求支承反力，作軸的合成彎矩圖，轉(zhuǎn)矩圖； mNdFTmNMNFNFtCBA1 3 9 9 0 021 7 6 0 026.2 7 3 095.1 3 5 944 (軸的合力彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖略 ) 3.軸的初步計算 322)(10 TMd 45 號鋼調(diào)質(zhì) MPab 640許用彎曲應力 MPa60 1 ，取 折算系數(shù) 6.0 將以上數(shù)值代入軸計算截面（ c 截面）直徑計算公式： mm91.31 )(103 22 TMd 在此軸段開有一個鍵槽時，直徑增大 4%，計算截面直徑 mmdc 39.31 軸的最小直徑 :33 nPCd mmmm 23.379 8 . 7 63 . 6 2 2121 3 4.軸的結(jié)構(gòu)設計按經(jīng)驗公式，減速器低 速級從動軸的危險截面直徑， ( 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 取減速器低速軸的危險截面直徑 mmdd 50 根據(jù)軸上零件的位置、安裝和定位的需要，初定各軸段的直徑及長度，其中軸頸、軸頭結(jié)構(gòu)尺寸應與軸上相關零件的結(jié)構(gòu)尺寸聯(lián)系起來統(tǒng)籌考慮。安裝齒輪處軸段長度：軸段長度 =輪轂長度 -2mm軸頸（軸上安裝滾動軸承段）直徑： 40 45 50 55 50 45 6.4 鍵的聯(lián)結(jié)設計 由前計算結(jié) 果知：中間軸（ 2 軸）由 mNT 86.1392 ， min23.260 rn 選擇 普通 A型平鍵（軸右邊一個） 由 d=40,l =68 選 b h=12 8， b=12， l =8， 21 3 5 ( 5 1 0 ) 2 5 3 0l m m 19 初選鍵 2 0 0 31 0 9 5/812 TGB : mmlmmLmmhmmb 16,70,8,12 鍵的許用擠壓應力和許用剪切應力分別取為 : M P aM P ap 90110 分別驗算鍵的擠壓強度和剪切強度 php dT 625.2370840 86.139400040001 875.7701240 861bd T 故鍵的擠壓強度和剪切強度滿足要求。 軸左邊一個按此計算 也選 A 型普通平鍵： 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 初選鍵 2 0 0 31 0 9 5/812 TGB ： mmLmmhmmb 65,8,12 且鍵的擠壓強度和剪切強度滿足要求。 7.創(chuàng)建軸類及鍵類零件特征 以高速軸為例： A、新建零件文件 在上工具欄中單擊“新建”按鈕 在系統(tǒng)彈出的【新建】對話框，選中其中的零件單選按鈕，在“名稱”欄中輸入“ gaosuzhou”，不勾選“使用缺省模板”，單擊 ，在彈出的“新文件選項”對話框中選擇 mmns_part_solid，將英制單位改為公制單位 ,單擊 進入三維實體建模環(huán)境。 B、創(chuàng)建基礎實體特征 單擊“旋轉(zhuǎn)工具”按鈕 ，在主視區(qū)下方出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)特征操控板。在操控板中單擊按鈕，在彈出的草繪上滑面板中單擊“定義”按鈕，彈出“草繪 ”對話框，在該對話框中要求選擇草繪平面，在主視區(qū)內(nèi)選擇 TOP 基準平面作為草繪平面，在“草繪方向”欄中自動出現(xiàn)默認的草繪視圖方向，接受默認設置，單擊 按鈕。彈出“參照”對話框，接受系統(tǒng)的默認設置，單擊 按鈕進入草繪器，在注視區(qū)中繪制如下圖的旋轉(zhuǎn)草繪圖，在右工具箱中單擊 退出草繪。在操控面板中接受系統(tǒng)的默認值，單擊右側(cè)的 按鈕，完成旋轉(zhuǎn)特征的創(chuàng)建。 C、在實體上創(chuàng)建放置實體特征 1）、倒角特征。在有工具箱中單擊“倒角工具”按鈕 ，在主視區(qū)中選擇兩頭的邊線以及直徑為 19 和 37 的的四條邊線（選擇時同時按著 Ctrl 鍵），單擊下工具箱左側(cè)下拉列表框右側(cè)的 ，將倒角方式改為“ 45 D”，在右側(cè)的下拉列表框中將 D 值改為“ 1”，單擊下工具箱右側(cè)的 ，完成倒角特征的創(chuàng)建。 2）、創(chuàng)建齒 特征參考大斜齒輪創(chuàng)建 D、在實體上創(chuàng)建鍵槽特征 在右工具箱中單擊“基準平面工具” 按鈕，在彈出的“基準平面”對話框中要求選擇參照來確定基準平面的放置，在主視區(qū)中選擇 FRONT 基準平面作為新建基準平面的參照，在“偏移距離”輸入框中輸入偏移值“ 6”，單擊【確定】按鈕完成基準平面 DTME1 的創(chuàng)建 在右工具箱中單擊“拉伸工具” ，在主視區(qū)下方操控板中單擊 按鈕將拉伸 20 方式改為剪材料，在主視區(qū)內(nèi)選擇上一步創(chuàng)建的 DTME1 平面作為草繪平面，接受系統(tǒng)默認草繪方向設置，單擊 按鈕。在主視區(qū)中選擇 TOP 基準平面和小圓 柱的邊線作為繪圖參照，單擊 按鈕進入草繪器，在注視區(qū)中繪制如下圖的拉伸截面圖，在右工具箱中單擊 退出草繪。在下工具箱的拉伸方式選項中選擇“從草繪平面以指定的深度值拉伸”按鈕，在拉伸深度值輸入框中輸入拉伸值“ 3.5”， 單擊下工具箱右側(cè)的完成實體的拉伸。 圖 7-1 鍵槽尺寸圖 圖 7-2 高速軸建模特征圖 圖 7-3 中間軸 圖 7-4 低速軸 d由此通過草繪 拉伸建模操作分別創(chuàng)建得到各軸與鍵特征如圖： 圖 7-5 中間軸鍵 圖 7-6 低速軸鍵 21 8.二級減速器傳動件的初級裝配 1. 新建裝配文件，在上工具欄中單擊“新建”按鈕 在系統(tǒng)彈出的【新建】對話框，選中其中的組件按鈕，在“名 稱”欄中輸入“ zhangpeitu”，不勾選“使用缺省模板”， 單擊 ，在彈出的“新文件選項”對話框中選擇 mmns_part_solid，將英制單位改為公制單位 ,單擊 進入三維實體建模環(huán)境。 圖 8-1 新建組件 2.在裝配環(huán)境中選擇插入 /元件 /裝配 /命令或者選擇基礎特征工具欄插入元件工具選擇元件進行裝配，在出現(xiàn)的元件放置對話框中可以設置裝配元件的參照約束關系，第一個部件一般選擇缺省約束， 圖 8-2 元件放置對話框 A、放置中間軸，約束方式為“缺省”； B、裝配平鍵，約束方式為“匹配”和“插入”； C、裝配直齒輪，約束方式為“對齊”和“相切”； D、裝配平鍵，約束方式為“匹配”和“插入”； E、裝配低速軸，約束方式為“對齊”和“匹配”； 22 F、裝配斜齒輪，約束方式為“對齊”和“匹配”； G、裝配高速軸，約束方式為“對齊”和“ 相切”； 添加各個部件通過選擇約束條件，旋轉(zhuǎn)和移動操作完成零部件的裝配如圖： 圖 8-3 減速器內(nèi)零部件裝配圖 9.滾動軸承的選擇 9.1 高速軸（ 1 軸）上滾動軸承的選擇 按承載較大的滾動軸承選擇其型號，因支承跨距不大，故采用兩端固定式軸承組合方式。軸承類型選為深溝球軸承，軸承預期壽命取為 hLh 43800。 由前計算結(jié)果知：軸承所受徑向力 NFr 145.602 軸向力 NFa 23.272，軸承工作轉(zhuǎn)速min960 rn 初選滾動軸承 6207 GB/T276-1994，基本額定負荷 NC r 25500 基本額定靜負荷 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 沖擊負荷系數(shù) 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 軸承： 9,72,17,35 ZmmDmmBmmd 滿足要求。 9.2 中間軸（ 2 軸）上滾動軸承的選擇 按承載較大的滾動軸承選擇其型號。因支承跨距不大，故采用兩端固定式軸承組合式，軸承類型選為深溝球軸承，軸承預期壽命取為 hLh 43800 。 由前計算結(jié)果知：軸承所受徑向力 Fr=1357.4N，軸向力 Fa=349.2N 軸承工作轉(zhuǎn)速 23 min23.260 rn 初選滾動軸承 6207 GB/T276-1994，基本額定動負荷 NC r 25500 ，基本額定靜負荷 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 沖擊負荷系數(shù) 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 軸承： 9,72,17,35 ZmmDmmBmmd 滿足要求。 9.3 低速軸（ 3 軸）上滾動軸承的選擇 按承載較大的滾動軸承選擇其型號，因支承跨距不大，故采用兩端固定式軸承組合方式。軸承類型選為深溝球軸承，軸承預期壽命取為hL=43800h。 由前計算結(jié)果知，軸承所受徑向力 Fr=軸承工作轉(zhuǎn)速 min76.98 rn ,初選滾動軸承 6009 GB/T276-1994，基本額定動負荷 KNC r 31500 ， NCor 20500，沖擊負荷系數(shù) 5.1Pf 。 NfFP prr 310843 Na nLPLPC nrrjs 410 1631161 100556.3)11076.984380060(10182.2)1060( 因rjs CC ，故 6009 軸承 10,85,19,45 ZmmDmmBmmd 滿足要求， 滾動軸承的選擇應注意：高速軸（ 1 軸）上滾動軸承的 D 值中間軸（ 2 軸）上滾動軸承的 D 值，中間軸（ 2 軸）上滾動軸承的 D 值低速軸（ 3 軸）上滾動軸承的 D 值。 圖 9-1 6207 軸承 10.箱體上個部分尺寸計算與建模 計算箱體的各部分尺寸參考已有計算數(shù)據(jù)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 箱蓋壁厚： mma 09.61)5.137117(02.0102.01 取 mm9 箱座凸緣厚： mmb 15105.15.11 箱蓋凸緣厚： mmb 1285.15.111 箱體深度： mmrHad 13030 分箱面凸緣圓角半徑： mmR 103 平凸緣底座厚： mmb 25105.25.21 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑： mmddf 8.1575.01 箱蓋與箱座聯(lián)接螺栓直徑： mmd 697.12581.102 軸承端蓋螺栓螺釘直徑： mmd 5 8 1.104 6 4 8.83 窺視孔蓋螺釘直徑： mmd 4648.83485.64 定位銷直徑： mmd )8.07.0( mmd )6972.1211005.11(1 沉頭座锪平深度： mm2 箱蓋座肋厚： mm8.6 ,箱座肋厚： mm5.8 軸承旁凸臺半徑： mmCR 112 軸承旁聯(lián)接螺栓距： 2DS 外箱壁 至軸承座端面距： mmCCL 30)85(211 大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離： mm121 ,齒輪端面與內(nèi)箱壁距離： mm102 表 10-1 各尺寸分布表 凸緣 底座 螺栓至外機壁距： 1min 13C mm mm26 到凸緣邊距離 2min 11C mm mm24 沉頭座直徑 mmD 20min0 mm40 表 10-2 端蓋處尺寸分布 端蓋 1 軸 2軸 3軸 外徑 2D 122mm 122mm 135mm 內(nèi)孔徑 D 72 72 85 外厚 e 12 12 12 螺經(jīng) 8 10 10 螺孔 11 11 11 螺孔直徑 25 35 45 內(nèi)深厚徑 62 62 75 密封圈 軸徑 軸徑 軸徑 氈圈 40JB/ZQ4606-1986 圖 10-1 箱體特征圖 25 軸 承端蓋外徑： 32 )5.55( dDD 表 10-3 軸承端蓋外徑列表 1軸 2軸 3 軸 87mm 118mm 118mm 圖 10-2 軸承蓋特征圖 通 氣器選用（ 2 型）取 M16 1.5 GB/T5782-2000 mmdmmdmmammLmmSmmDmmD 8.20,5,2,23,17,6.19,22 11 桿式油標取 M16 , mmDmmDmmcmmbmmammhmmdmmdmmdmmdM22,26,5,8,12,35,6,16,4,8.20,161321 地腳螺栓直徑： 18162.2112a036.0 Mdf ，螺栓數(shù)目： n=6 圖 10-3 通氣栓，油標，螺栓，螺母特征圖 26 11.Pro/E總裝配圖及裝配圖 圖 11-1 Pro/E 總裝配圖 12.潤滑密封設計 對于二級圓柱齒輪減速器， 因為傳動裝置屬于輕型的，且傳速較低，所以其速度遠遠小于 m in10)25.1( 3 r ，所以采用脂潤滑，箱體內(nèi)選用 SH0357-92 中的 50 號潤滑，裝至規(guī)定高度 . 油的深度為 mmhH 6434301 其中油的粘度大，化學