基于PROE的二級齒輪減速器設(shè)計建模、裝配與運動仿真【原版】

基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真I基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真摘要本課題主要研究的內(nèi)容是根據(jù)減速器設(shè)計的原始資料，研究減速器夠組成部件（包括齒輪、軸、軸承、上箱體和下箱體）的設(shè)計及校核方法。對二級圓柱齒輪減速器設(shè)計進行功能分解，確立齒輪減速器三維參數(shù)化設(shè)計方法以及齒輪減速器零件（各主要傳動件，標準件等）模型庫、總裝配庫的構(gòu)建方法。并用PRO/E進行二級圓柱直齒輪機構(gòu)的三維建模，對圓柱直齒輪減速器的機構(gòu)的組成，內(nèi)部傳動部件，進行裝配和運動仿真。PRO/ENGINEER是一個參數(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(chǔ)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(shè)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(shè)計人員在人機交互環(huán)境下編輯修改，快速高效地設(shè)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(shè)計，規(guī)劃零件的裝配過程，然后運用機構(gòu)分析進行運動仿真，建立機構(gòu)運動分析，提高效率和精度奠定了基礎(chǔ)。從三維開始設(shè)計，在現(xiàn)有的軟件支持下，這個模型至少有可能表達出設(shè)計構(gòu)思的全部幾何參數(shù)，整個設(shè)計過程可以完全在三維模型上討論，對設(shè)計的輔助就很容易迅速擴大的全過程，設(shè)計的全部流程都能使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，從三維開始的設(shè)計，二維工程圖的表達仍然要遵守傳統(tǒng)設(shè)計的要求。關(guān)鍵詞二級減速器軸承齒輪PRO/E基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真ITHEDESIGNOFTWOGRADECYLINDRICALGEAREDUCERBASEDONPRO/ENGIERABSTRACTTHEMAINRESARCHTOPICSAREBASEDONTHEDESIGNOFTHEORIGINALDATAREDUCER,REDUCERENOUGHOFCOMPONENTPARTSINCLUDINGGEARS,SHAFTS,BEARINGS,THEUPPERCASINGANDLOWERCASINGDESIGNANDVERIFCATIONMETHODOFTHETWOCONICALGEARREDUCERDESIGNOFFUNCTIONALDECOMPOSITON,THEESTABLISHMENTOFTHREDIMENSIONALPARAMETRICGEAREDUCERANDGEAREDUCERDESIGNPARTSTHEMAINTRANSMISIONPARTS,STANDARDPARTS,ETCMODELLIBRARY,THETOTALSEMBLYMETHODOFCONSTRUCTINGTHELIBRARY1ANDWITHTHEINVENTOROFVIRTUALSOFTWAREANDDATABASETCHNOLOGY,FORTWOCONICALCYLINDRICALGEARSTHREDIMENSIONALMODELINGOFCONICALREDUCERCYLINDRICALBODYCOMPOSITON,THEINTERNALTRANSMISIONPARTS,ANDASEMBLYINTERFRENCEANALYSIS,STRESANDSTRAINANALYSI,SPATIALMOTIONANALYSI,MOTIONSIMULATION,EVENTUALYTOPRODUCETWODIMENSIONALDRAWINGSPRO/ENGINEER,APARAMETRIZEDSOLIDMODELINGSYTEMBASEDONFEATURE,WITHASINGLEDATABASEFUNCTION,WHICHHASASINGLEDATABASE2THEREALIZATIONOFTHISSYTEMCANMAKEDESIGNERSDEVISETHEPRODUCTOFCYLINDERGEAREDUCERFASTANDEFICENTLYUNDERHUMANCOMPUTERINTERACTIONENVIRONMENTMEANWHILE,THEPAPERDESCRIBESTHEPARAMETRICDESIGNOFTWOSTAGEREDUCERANDTHEASEMBLYPROCESOFPARTSBASEDONPRO/E,ANALYZESTHEMECHANISMMOVEMENTANDGETSEXPECTANTMOVEMENTSIMULATIONINDOINGSO,DESIGNEFICENCYANDPRECISONCANBEINCREASEDGREATLYSTARTINGFROMTHETHREDIMENSIONALDESIGN,INSUPPORTOFEXISTINGSOFTWARE,THIS基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真IMODELMAYBEEXPRESDATLEASTALTHEGEOMETRICPARAMETRSOFTHEDESIGNCONCEPT,THEWHOLEDESIGNPROCESCANBEFULLYDISCUSSEDINTHETHREDIMENSIONALMODEL,ITISEASYTODESIGNTHESUPPORTINGRAPIDEXPANSIONOFTHEWHOLEPROCESTHEDESIGNOFALTHEPROCESSCANUSEAUNIFIEDDATA,STARTINGFROMTHETHREDIMENSIONALDESIGN,THEEXPRESIONOFTWODIMENSIONALENGINEERINGDRAWINGSSTILHAVETOCOMPLYWITHTHEREQUIREMNTSOFTRADITIONALDESIGNKEYKKKWORDSTWOGRADECYLINDRICALGEAREDUCER,BEARING,GEAR,PRO/ENGINEER基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真目錄摘要IABSTRACTI引言11減速器的設(shè)計計算21傳動方案的擬定212電動機選擇2121電動機類型選擇2122電動機功率的選擇2123電動機轉(zhuǎn)速的選擇313傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)4131計算傳動裝置總傳動比4132分配減速器的各級傳動比4133計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)414傳動零件的設(shè)計計算5141V帶傳動的設(shè)計計算5142高速級齒輪傳動設(shè)計7143低速級齒輪傳動設(shè)計1144輸出軸的設(shè)計計算15145中間軸的設(shè)計計算23146高速軸的設(shè)計計算2315滾動軸承的選擇和計算2416鍵的選擇和校核24161低速軸鍵的校核24162中間軸鍵的校核2517減速器箱體各部分結(jié)構(gòu)尺寸2518減速器附件的選擇2619潤滑與密封27基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真191齒輪的潤滑27192滾動軸承的潤滑27193密封形式的選擇2710其他技術(shù)說明272基于PRO/E的減速器各部位零件的建模2921高速級大齒輪的建模29211繪制大齒輪基本曲線29212創(chuàng)建齒廓曲線32213繪制轂孔及輻孔342低速級小齒輪建模3623低速級大齒輪建模3824軸承的造型4025軸的建模42251高速齒輪軸的建模42252中間軸的建模46253低速軸的建模4626箱體的建模4727其它減速器附件的建模513基于PRO/E的減速器裝配5431裝配的約束類型5432連接轉(zhuǎn)配54基于PRO/E的減速器運動仿真59結(jié)束語61致謝62參考文獻63基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真1引引引引言言言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(shè)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V10的PRO/ENGIER誕生，隨后美國通用汽車公司將該技術(shù)應用于各種類型的減速器設(shè)計與制造中。目前在基于PRO/E的減速器的模型設(shè)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(lǐng)先地位，美國ALANNEWTON公司研制的XY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/ENGIER技術(shù)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(shè)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(shè)計，進一步利用數(shù)控加工設(shè)備進行技術(shù)加工，可以顯著提高減速器的設(shè)計制造精密、設(shè)計制造質(zhì)量、設(shè)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(shè)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(shù)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?；赑RO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真21減速器的設(shè)計計算1傳動方案的擬定根據(jù)機械設(shè)計課程設(shè)計3及設(shè)計任務書，選用如圖11所示的傳動方案。圖11減速器的傳動方案12電動機選擇121電動機類型選擇根據(jù)電源及工作機工作條件，選用臥式封閉型YIP44系列三相交流異步電動機。12電動機功率的選擇1卷筒軸的輸出功率WPW18002545KW10001000FVP2電動機輸出功率DPWDPP11基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真3傳動裝置的總效率3212345式中，1、2為從電動機至卷筒軸之間的各傳動機構(gòu)和軸承的效率。由機械設(shè)計課程設(shè)計4表24查得V帶傳動1095；滾動軸承2099；圓柱齒輪傳動3097；彈性聯(lián)軸器4099；卷筒軸滑動軸承5096，則32095099097099095082故WD4555KW082PP3電動機額定功率EDP由機械設(shè)計課程設(shè)計表201選取電動機額定功率ED75KWP。123電動機轉(zhuǎn)速的選擇為了便于選擇電動機轉(zhuǎn)速，先推算電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍。由機械設(shè)計課程設(shè)計表21查得V帶傳動常用傳動比范圍1I24，單級齒輪傳動的傳動比范圍2I36，則電動機轉(zhuǎn)速可選范圍為12DWNNII7893192R/MIN。可見同步轉(zhuǎn)速為1000R/MIN、1500R/MIN和3000R/MIN的電動機均符合。這里初選同步轉(zhuǎn)速分別為1500R/MIN和3000R/MIN的兩種電機進行比較，如表11所示。表11電動機的技術(shù)參數(shù)方案電動機型號額定功率電動機轉(zhuǎn)速R/MIN電動機質(zhì)量KG傳動裝置的傳動比同步滿載總傳動比V帶傳動單級減速器1Y132M475150140811083227/22Y132S275302907021823/3由表中數(shù)據(jù)可知方案一中齒輪的傳動比過小，故選用方案2，選定電動機型號為Y132S22?；赑RO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真413傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)131計算傳動裝置總傳動比2900218133MWNIN132分配減速器的各級傳動比取V帶傳動的傳動比122I，則雙級圓柱齒輪減速器的總傳動比為2121899122IIII3由機械設(shè)計課程設(shè)計知111523II，則233I，3I所得23II、值符合一般圓柱齒輪傳動和雙級圓柱齒輪減速器傳動比的常用范圍。13計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)1計算各軸轉(zhuǎn)速電動機軸為0軸，減速器高速軸為軸，中間軸為軸，輸出軸為軸，各軸轉(zhuǎn)速為02900/MINMNNR0112900/221318/MINNNRI1221318/33399/MINNNRI233399/3133/MINNNRI2各軸輸入功率按電動機額定功率EDP計算各軸輸入功率，即075EDPPKW基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真5101750957125PPKW212371250990976842PPKW322368420990976571PPKW3各軸轉(zhuǎn)矩00075955095502472900PTNMNI11171259550955051631318PTNMNI22268429550955016376399PTNMNI33365719550955047183133PTNMNI將以上計算結(jié)果整理后如表12。表12減速器的傳動參數(shù)項目電動機軸高速軸中間軸輸出軸轉(zhuǎn)速（R/MIN）2901383913功率KW75712568426571轉(zhuǎn)矩NM24751631637647183傳動比233效率09509609614傳動零件的設(shè)計計算141V帶傳動的設(shè)計計算1確定計算功率CAP由機械設(shè)計6表87查得工作情況系數(shù)11AK,故1175825CAAPKPKWKW2選擇V帶的帶型基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真6根據(jù)CAP、1N由圖810選用A型。3確定帶輪的基準直徑D并驗算帶速V1初選小帶輪的基準直徑1D。由機械設(shè)計表86和表88，取小帶輪的基準直徑180DM。2驗算帶速V。按機械設(shè)計式（813）驗算帶的速度1802900/1215/601000601000DNVMSMS因為5/30/MSVMS。8計算壓軸力PF壓軸力的最小值為10MINMIN1602SIN24126SIN99322PFZFNN9帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計略。142高速級齒輪傳動設(shè)計1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1按設(shè)計任務書所示的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動2輸送機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度GB109588。3材料選擇。由機械設(shè)計表101選擇小齒輪材料為40CR調(diào)質(zhì)，硬基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真8度為280HBS,大齒輪材料為45鋼調(diào)質(zhì)，硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS。4選用小齒輪齒數(shù)123Z，大齒輪齒數(shù)23323759Z，取276Z2按齒面接觸強度設(shè)計由機械設(shè)計設(shè)計計算公式109A進行試算，即32111232ETDHKTZUDU3確定公式內(nèi)的個計算數(shù)值1試選載荷系數(shù)13TK。2計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。1516351630TNMNM3由機械設(shè)計表107選取齒寬系數(shù)D1。4由機械設(shè)計表106查得材料的彈性影響系數(shù)121898EZMPA。5由機械設(shè)計圖1021D按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限LIM1600HMPA；大齒輪接觸疲勞強度極限LIM2550HMPA。6由機械設(shè)計式1013計算應力循環(huán)次數(shù)。91160601318118300815210HNNJL982152104611033N7由圖1019取接觸疲勞壽命系數(shù)1098HNK；2112HNK。8計算接觸疲勞許用應力。取失效概率為1，安全系數(shù)S1，由機械設(shè)計式1012得1LIM11098600588HNHHKMPAMPAS2LIM22112550616HNHHKMPAMPAS4計算1試算小齒輪分度圓直徑1TD,帶入H中較小的值?；赑RO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真93322111135163043189823223248458133588ETDHKTZUDMMU2計算圓周速度V。11484581318/3344/601000601000TDNVMSMS3計算齒寬B。114845848458DTBMM4計算齒寬與齒高之比BH。模數(shù)1148458/232107TTDMMMZ齒高2252252107474THMMM484581022474BH5計算載荷系數(shù)。根據(jù)34/VMS，7級精度，由機械設(shè)計圖108查得動載系數(shù)V113K；直齒輪，1HFKK；由機械設(shè)計表102查得使用系數(shù)125AK；由機械設(shè)計表104用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，14188HK。由1067BH，14188HK查機械設(shè)計圖1013得132FK；故載荷系數(shù)V11131141881603AHHKKK6按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由機械設(shè)計式1010A得33111603484585196613TTKDDM7計算模數(shù)M。1151966225923DMMMZ基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真105按齒根彎曲強度計算由機械設(shè)計式105得彎曲強度計算公式為3121FASADFYKTMZ1確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值A(chǔ)由機械設(shè)計圖1020C查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限1500FEMPA；大齒輪的彎曲強度極限2380FEMPA；B由機械設(shè)計圖1018取彎曲疲勞壽命系數(shù)1092FNK，2090FNK；C計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數(shù)14S，由機械設(shè)計式1012得1110925003285714FNFEFKMPAMPAS2220903802442914FNFEFKMPAMPASD計算載荷系數(shù)K。V1113113214916AFFKKKE查取齒形系數(shù)。由機械設(shè)計表105查得1269FAY；22228FAY。F查取應力校正系數(shù)。由機械設(shè)計表105查得11575SAY；21762SAY。G計算大、小齒輪的FASAFY并加以比較。1112691575001289532857FASAFY2222228176200160724429FASAFY大齒輪的數(shù)值較大。2設(shè)計計算基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真13221491651630001607MM167MM123M對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)M大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)M的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑即模數(shù)與齒數(shù)的乘積有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)167并就近圓整為標準值2MMM，按接觸強度算得的分度圓直徑151996MMD，算出小齒輪齒數(shù)115196625983262DZM大齒輪齒數(shù)23326858Z，取86。這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。6幾何尺寸計算1計算分度圓直徑11262MM52MMDZM22862MM172MMDZM2計算中心距1252172MM112MM2DDA3計算齒輪寬度152MM52MMDB取252MMB，157MMB。7結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪制齒輪零件圖從略。143低速級齒輪傳動設(shè)計1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1按設(shè)計任務書所示的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動2輸送機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度GB109588。材料選擇。由機械設(shè)計表101選擇小齒輪材料為40CR調(diào)質(zhì)，硬度為280HBS,基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真12大齒輪材料為45鋼調(diào)質(zhì)，硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS。3選用小齒輪齒數(shù)123Z，大齒輪齒數(shù)232369Z，取269Z2按齒面接觸強度設(shè)計由機械設(shè)計設(shè)計計算公式109A進行試算，即32111232ETDHKTZUDU3確定公式內(nèi)的個計算數(shù)值1試選載荷系數(shù)13TK。2計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。216376MM163760MMTNN3由機械設(shè)計表107選取齒寬系數(shù)D1。4由機械設(shè)計表106查得材料的彈性影響系數(shù)121898EZMPA。5由機械設(shè)計圖1021D按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限LIM1600HMPA；大齒輪接觸疲勞強度極限LIM2550HMPA。6由機械設(shè)計式1013計算應力循環(huán)次數(shù)。81160603991183008459610HNNJL8824596101532103N7由機械設(shè)計圖1019取接觸疲勞壽命系數(shù)1092HNK；2097HNK。8計算接觸疲勞許用應力。取失效概率為1，安全系數(shù)S1，由式1012得1LIM11092600MPA552MPAHNHHKS2LIM22097550MPA5335MPAHNHHKS4計算1試算小齒輪分度圓直徑1TD,帶入H中較小的值。基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真1333221111316376041898232232MM76552MM13533ETDHKTZUDU2計算圓周速度V。1176552399M/S1599M/S601000601000TDNV3計算齒寬B。1176552MM76552MMDTB4計算齒寬與齒高之比BH。模數(shù)1176552/23MM3328MMTTDMZ齒高2252253328MM749MMTHM765521022749BH5計算載荷系數(shù)。根據(jù)159M/SV，7級精度，由圖108查得動載系數(shù)V106K；直齒輪，HF1KK；由機械設(shè)計表102查得使用系數(shù)A125K；由機械設(shè)計表104用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，H1425K。由1022BH，H1425K查機械設(shè)計圖1013得F133K；故載荷系數(shù)AVHH125106114251888KKK6按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由機械設(shè)計式1010A得33111888765528669MM13TTKDD7計算模數(shù)M。118669MM377MM23DMZ基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真145按齒根彎曲強度計算由機械設(shè)計式105得彎曲強度計算公式為3121FASADFYKTMZ1確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值A(chǔ)由機械設(shè)計圖1020C查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限FE1500MPA；大齒輪的彎曲強度極限FE2380MPA；B由機械設(shè)計圖1018取彎曲疲勞壽命系數(shù)F1092NK，F(xiàn)2096NK；C計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數(shù)14S，由機械設(shè)計式1012得F1F1F1092500MPA32857MPA14NEKSF2F2F2096380MPA26057MPA14NEKSD計算載荷系數(shù)K。AVFF1251061133176225KKKE查取齒形系數(shù)。由機械設(shè)計表105查得FA1269Y；FA22244Y。F查取應力校正系數(shù)。由機械設(shè)計表105查得SA11575Y；SA21748Y。G計算大、小齒輪的FASAFY并加以比較。FA1SA1F12691575001289532857YFA2SA2F222441748001505426057Y大齒輪的數(shù)值較大。2設(shè)計計算基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真153221762251637600015054MM254MM123M對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)M大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)M的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑即模數(shù)與齒數(shù)的乘積有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)254并就近圓整為標準值3MMM，按接觸強度算得的分度圓直徑18669MMD，算出小齒輪齒數(shù)118669293DZM大齒輪齒數(shù)232987Z，取87。這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。6幾何尺寸計算1計算分度圓直徑11293MM87MMDZM22873MM261MMDZM2計算中心距1287261MM174MM2DDA3計算齒輪寬度187MM87MMDB取287MMB，192MMB。7結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪制齒輪零件圖從略。14輸出軸的設(shè)計計算1輸出軸上的功率3P、轉(zhuǎn)速3N和轉(zhuǎn)矩3T36571PKW3133R/MINN基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真16347183NM471830NMMT2求作用在齒輪上的力因已知大齒輪的分度圓直徑為2261MMD而3222471830N3616N261TTFDRTAN3616NTAN201316NFF圓周力及徑向力的方向如圖12所示。FRFTTABDCFNV1FNV2FTFNH1FNH2FNH1FNH2MHFRFNV1FNV2MVMTTMMVMHABCDE圖12輸出軸的彎矩扭矩圖3初步確定軸的最小直徑基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真17先按機械設(shè)計式152初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機械設(shè)計表153，取0112A，于是得，333MIN036571112MM411MM133PDAN輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑D圖13。為了使所選的軸直徑D與聯(lián)軸器孔徑相適應，故同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩3CAATKT，查機械設(shè)計表141，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取13AK，則313471830NMM613379NMMCAATKT按照計算轉(zhuǎn)矩CAT應小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標準GB/T50142003或手冊，選用HL3型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為6300NMM。半聯(lián)軸器的孔徑D42MM，故取D42MM，半聯(lián)軸器長度L12MM，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度184MML。4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖13高速軸的結(jié)構(gòu)和裝配1擬定軸上零件的裝配方案經(jīng)比較，選用如圖13所示的裝配方案。2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真18A為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，軸段左端需制出一軸肩，故取段的直徑D49MM；最右端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D52MM。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度184MML，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故段的長度應比1L略短一些，現(xiàn)取L82MM。B初步選擇滾動軸承。因軸承只受徑向力作用，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)D49MM，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取深溝球軸承6311，其尺寸為5MM120MM29MMDDB,故DD5MM；而L29MM。右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得6311型軸承的定位軸肩高度5MMH，因此，取D65MM。C取安裝齒輪處的軸段處的直徑D60MM；齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為87MM，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應略短于輪轂寬度，故取L83MM。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度07HD，故取6MMH，則軸環(huán)處的直徑D72MM。軸環(huán)寬度14BH，取L12MM。D軸承端蓋的總寬度為30MM由減速器及軸承蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離20MML，故取L50MM。E取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離16MMA，高速大齒輪與低速級大齒輪之間的距離20MMC?？紤]到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應距箱體內(nèi)壁一段距離S，取8MMS，已知滾動軸承寬度29MMB，高速級大齒輪轂長52MML，則8783298164MM57MMLBSA8783298164MM57MMLBSA至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。3軸上零件的周向定位齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按D由機械設(shè)計表61查得18MM1MMBH，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為70MM，同時為了基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真19保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7N6；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為12MM8MM70MM，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7K6。滾動軸承與軸的周向定位是由過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為M6。4確定軸上圓角和倒角尺寸參考表152，取軸左端倒角為C20，右端倒角為C16，各軸肩處的圓角半徑見圖13。5求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖。確定軸承的支承位置，作為簡支梁的軸的支承跨距23154MM82MM236MMLL。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖12）。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算出的截面C處的HM、VM及M的值列于表13。表13輸出軸上所受的力、彎矩和扭矩載荷水平面H垂直面V支反力FNV13211NF，NH21564NFNV11869NF，NV11344NF彎矩MH223566NMMMV132667NMMM總彎矩2596NMMM扭矩T3471830NMMT6按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）強度。根據(jù)機械設(shè)計式（155）及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取06，軸的計算應力222213CA313266906471830MPA25MPA0150MTW前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表151查得160MPA。因基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真20此CA13922N，即深溝球軸承6311滿足壽命要求?；赑RO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真2516鍵的選擇和校核鍵的選擇主要考慮所傳遞的扭矩的大小，軸上零件是否需要沿軸向移動，零件的對中要求等等。在之前軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中已經(jīng)選擇了鍵的類型和尺寸，故此次只做鍵的校核。161低速軸鍵的校核鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由機械設(shè)計表62查得許用擠壓應力P100120MPA，取其平均值，P110MPA。鍵的工作長度LLB70MM18MM52MM，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度05KH051MM5MM由機械設(shè)計式（61）可得33PP21024718310MPA55MPA110MPA555260TKLD可見連接的擠壓強度足夠。鍵的標記為鍵1870GB/T1096203。162中間軸鍵的校核鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由機械設(shè)計表62查得許用擠壓應力P100120MPA，取其平均值，P110MPA。鍵的工作長度LLB40MM10MM30MM，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度05058MM4MMKH。由機械設(shè)計式（61）可得33PP21021637610MPA78MPA110MPA43035TKLD取116輪轂端面與內(nèi)壁距離210取21218減速器附件的選擇1通氣孔減速器工作時箱體內(nèi)溫度升高，氣體膨脹，箱內(nèi)氣壓增大。為了避免由此引起密封部位的密封性能下降造成潤滑油向外滲漏，多在視孔蓋上設(shè)置通氣孔器，使箱體內(nèi)熱膨脹氣體能自由逸出，保持箱體內(nèi)壓力正常，從而保證箱體的密封性。通氣孔螺塞如圖16所示?；赑RO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真27注材料為Q235；適用于清潔的工作環(huán)境圖16通氣螺塞2油塞本設(shè)計中采用的外六角油塞及封油墊如圖17所示。封油墊注封油墊材料為耐油橡膠、工業(yè)用革；螺塞材料為Q235圖17外六角油塞及封油墊3軸承蓋、起吊裝置、油表尺及窺視孔板等附件的均按機械設(shè)計課程設(shè)計一書中有關(guān)章節(jié)進行設(shè)計。19潤滑與密封191齒輪的潤滑在減速器中，齒輪的圓周速度均小于12M/S，高速級大齒輪與低速級大齒輪采用浸油潤滑，選用全損耗系統(tǒng)用油GB44389，代號為LAN22。高速級大齒輪浸油深度FH約為07齒高，但不要小于10MM；低速級大齒輪浸油深度S10MMH。基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真28192滾動軸承的潤滑減速器中浸油齒輪的圓周速度2M/SV,在下箱體上開有導油溝，可以利用齒輪飛濺的油潤滑軸承。潤滑齒輪的油通常能夠滿足軸承的潤滑需求，而且有散熱作用，效果較好。193密封形式的選擇為防止機體內(nèi)潤滑劑外泄和外部雜質(zhì)進入機體內(nèi)部影響減速器工作，在構(gòu)成機體的各零件間，如機蓋與機座間、及外伸軸的輸出、輸入軸與軸承蓋間，需設(shè)置不同形式的密封裝置。對于無相對運動的結(jié)合面，常用密封膠、耐油橡膠墊圈等；對于旋轉(zhuǎn)零件如外伸軸的密封，則需根據(jù)其不同的運動速度和密封要求考慮不同的密封件和結(jié)構(gòu)。本設(shè)計中由于密封界面的相對速度不是很大，采用接觸式密封，輸入軸與軸承蓋間3M/SV，采用粗羊毛氈封油圈，輸出軸與軸承蓋間也為3M/SV，故采用粗羊毛氈封油圈。10其他技術(shù)說明1減速器裝配前，必須按圖紙檢驗各個部分零件，然后需用煤油清洗，滾動軸承用汽油清洗，內(nèi)壁涂刷抗機油浸蝕的涂料兩次。2在裝配過程中軸承裝配要保證裝配游隙。3減速器的潤滑劑在跑合后要立即更換，其次應該定期檢查，半年更換一次。潤滑軸承的潤滑脂應定期添加。4在機蓋機體間，裝配是涂密封膠或水玻璃，其他密封件應選用耐油材料。5對箱蓋與底座結(jié)合面禁用墊片，必要時可涂酒精漆片或水玻璃。箱蓋與底座裝配好后，在擰緊螺栓前應用005MM塞尺檢查其密封性。在運轉(zhuǎn)中不許結(jié)合面處有漏油滲油現(xiàn)象。6減速器裝配完畢后要進行空載試驗和整機性能試驗?？蛰d實驗在額定轉(zhuǎn)速下正反轉(zhuǎn)各12小時，要求運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、聲響均勻、各聯(lián)接件密封處不得有漏油現(xiàn)象。負載實驗在額定轉(zhuǎn)速及額定載荷下，實驗至油溫不再升高為止。通常，基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真29油池溫生不得超過35C，軸溫升不得超過40C。7搬動減速器應用底座上的釣鉤起吊，箱蓋上的吊耳僅可用與起吊箱蓋。8機器出廠前，箱體外表面要涂防護漆，外伸軸應涂脂后包裝。運輸外包裝后，要注明放置要求。基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真302基于PRO/E的減速器各部位零件的建模21高速級大齒輪的建模21繪制大齒輪基本曲線1打開PRO/E軟件，點擊“文件”“新建”“零件”，名稱改為“2DACHILUN”，點擊“使用缺省模板”，確定即可進入零件造型界面，如圖211所示圖211新建文件2選取草繪圖標，以FRONT面為草繪平面，其它都選擇默認，使用缺省模式，進入草繪界面，繪制草圖如圖212所示?；赑RO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真31圖212齒坯草繪3點擊“”按鈕，退出草繪界面，點擊拉伸按鈕“”，輸入拉伸深度52，然后確定即可，如下圖213所示。圖213拉伸齒坯4點擊草繪按鈕“”，草繪平面選擇“使用先前的”，進入草繪界面，繪制如下圖214A所示?；赑RO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真32圖214A草繪5單擊“工具”“參數(shù)”，建立如圖214B所示的若干個參數(shù)。圖214B齒輪參數(shù)設(shè)置基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真3212創(chuàng)建齒廓曲線1創(chuàng)建漸開線。在工具欄內(nèi)單擊“基準”按鈕，彈出“基準”選項卡，如圖215所示。圖215方程曲線的建立2在“基準”選項卡內(nèi)依次單擊“曲線”“來自方程的曲線”。單擊選取基準坐標系PRT_CSY_DEF作為參考。坐標類型選擇“笛卡爾”。漸開線的方程為THETA45TRDB/2XRCOSTHETARSINTHETAPITHETA/180YRSINTHETARCOSTHETAPITHETA/180Z03在“曲線”定義欄，單擊完成漸開線的創(chuàng)建，如圖216所示圖216創(chuàng)建漸開線基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真344單擊選取漸開線，在工具欄內(nèi)單擊按鈕，系統(tǒng)彈出“鏡像”定義操控面板，單擊選取“DTM2”面作為參照平面，單擊按鈕完成漸開線的創(chuàng)建，如圖217所示圖217鏡像漸開線5點擊草繪按鈕“”，草繪平面選擇“使用先前的”，進入草繪界面，繪制如下圖218所示齒形輪廓。圖218草繪齒形6退出草繪界面后，點擊”拉伸”按鈕，得到一個輪齒，然后點擊“陣列”按鈕，如下圖219所示基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真35圖219拉伸陣列齒形213繪制轂孔及輻孔1點擊“草繪”按鈕，進入草繪界面，繪制如圖2110所示圖2110轂孔草繪2點擊“拉伸”按鈕，得到如下圖2111所示。基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真36圖2111拉伸轂孔3繪制輪輻，如圖2112所示圖2112繪制輪輻4轂孔及輪轂的尺寸關(guān)系如圖2113所示基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真37圖2113轂孔及輪輻的尺寸關(guān)系5處理好倒角等造型細節(jié)，確認完成齒輪的造型后，點擊“文件”按鈕，點擊“保存”，把剛造型的大齒輪圖形保存到相應文件夾內(nèi)即可。2低速級小齒輪建模1雙擊打開PRO/E程序，點擊“文件”“打開”，打開之前的文件名為“2DACHILUN”的文件，如圖221所示圖221“2DACHILUN“模型基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真382單擊“工具”“參數(shù)”，將有關(guān)的參數(shù)改為圖222所示圖222齒輪參數(shù)設(shè)置3單擊“工具”“關(guān)系”，將有關(guān)的尺寸關(guān)系改為圖223所示圖223齒輪相關(guān)尺寸關(guān)系基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真394改好相關(guān)參數(shù)和關(guān)系，處理好倒角等造型細節(jié)，完成后的齒輪的造型如圖224所示。點擊“文件”按鈕，點擊“另存為”“保存副本”，命名為“2XIAOCHILUN”，把剛造型的小齒輪圖形保存到相應文件夾內(nèi)即可。圖224“2XIAOCHILUN“模型23低速級大齒輪建模1雙擊打開PRO/E程序，點擊“文件”“打開”，打開之前的文件名為“2DACHILUN”的文件，如圖231所示圖231“2DACHILUN“模型基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真402單擊“工具”“參數(shù)”，將有關(guān)的參數(shù)改為圖232所示圖232齒輪的參數(shù)設(shè)置3單擊“工具”“關(guān)系”，將有關(guān)的尺寸關(guān)系改為圖233所示圖233齒輪相關(guān)尺寸關(guān)系基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真414改好相關(guān)參數(shù)和關(guān)系，處理好倒角等造型細節(jié)，完成后的齒輪的造型如圖234所示。點擊“文件”按鈕，點擊“另存為”“保存副本”，命名為“3DACHILUN”，把剛造型的大齒輪圖形保存到相應文件夾內(nèi)即可。圖234“3DACHILUN“模型24軸承的造型1點擊打開PRO/E程序，點擊“文件”，點擊“新建”“零件”“缺省”，進入草繪界面，如圖231所示圖231軸承截面草繪基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真422點擊“”按鈕，退出草繪界面，然后點擊“旋轉(zhuǎn)”按鈕“”，旋轉(zhuǎn)出下圖232所示模型。圖232旋轉(zhuǎn)生成內(nèi)、外圈及保持架3點擊“草繪”，點擊“使用先前”，進入草繪界面。繪制如下圖233所示圖233草繪滾子4點擊“退出”草繪，然后點擊“旋轉(zhuǎn)”按鈕，然后“陣列”即可得到軸承零件，如基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真43圖234所示圖234軸承模型至此就完成了1軸深溝球軸承的造型。5另外兩對軸承的建模過程與以上過程相似。25軸的建模251高速齒輪軸的建模1點擊進入草繪界面，繪制如圖251所示圖形圖251軸草繪2旋轉(zhuǎn)即可得到軸，并拉伸鍵槽，如圖252所示圖252旋轉(zhuǎn)生成軸、拉伸鍵槽基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真43點擊草繪按鈕“”，進入草繪界面，繪制如下圖253所示。圖253齒輪齒根圓相關(guān)草繪4單擊“工具”“參數(shù)”，建立如圖254所示的若干個參數(shù)。圖254齒輪參數(shù)設(shè)置5創(chuàng)建漸開線。在工具欄內(nèi)單擊“基準”按鈕，彈出“基準”選項卡，如圖255基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真45所示。圖255創(chuàng)建方程曲線在“基準”選項卡內(nèi)依次單擊“曲線”“來自方程的曲線”。單擊選取基準坐標系PRT_CSY_DEF作為參考。坐標類型選擇“笛卡爾”。漸開線的方程為THETAT45RDB/2YRCOSTHETARSINTHETATHETAPI/180ZRSINTHETARCOSTHETATHETAPI/180X0在“曲線”定義欄，單擊完成漸開線的創(chuàng)建，如圖256所示圖256漸開線的創(chuàng)建7單擊選取漸開線，在工具欄內(nèi)單擊按鈕，系統(tǒng)彈出“鏡像”定義操控基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真46面板，單擊選取“DTM2”面作為參照平面，單擊按鈕完成漸開線的創(chuàng)建，如圖257所示圖257鏡像漸開線8點擊草繪按鈕“”，草繪平面選擇“使用先前的”，進入草繪界面，繪制如圖258所示齒形輪廓。圖258齒形輪廓草繪9退出草繪界面后，點擊”拉伸”按鈕，得到一個輪齒，然后點擊“陣列”按鈕，生成齒形，處理好倒角等相關(guān)造型細節(jié)后，齒輪軸的最終效果如圖259所示基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真47圖259齒輪軸模型252中間軸的建模1點擊進入草繪界面，繪制如圖2510所示圖形圖2510軸草繪2旋轉(zhuǎn)即可得到軸，并拉伸鍵槽，如圖2511所示圖2511旋轉(zhuǎn)生成軸、拉伸鍵槽253低速軸的建模1點擊進入草繪界面，繪制如圖2512所示圖形圖2512軸草繪2旋轉(zhuǎn)即可得到軸，并拉伸鍵槽，如圖2513所示圖2513旋轉(zhuǎn)生成軸、拉伸鍵槽基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真4826箱體的建模1單擊“拉伸”按鈕，打開拉伸特征操控板。選擇實體拉伸方式,關(guān)于草繪平面雙向?qū)ΨQ拉伸，設(shè)置拉伸深度為“211”依次選擇“位置”“定義”進行草圖的繪制，草圖如圖261所示圖261草繪箱體毛坯2完成草圖的繪制，拉伸后的實體如圖262所示圖262拉伸生產(chǎn)毛坯3對拉伸后的實體進行倒圓角等操作，建立抽殼特征，打開抽殼特征操控板。設(shè)定抽殼厚度為“10”。完成抽殼特征的建立。再次點擊“拉伸”按鈕建立箱體使用拉伸工具建立接合面基體，完成草圖后進行兩側(cè)對稱拉伸，如圖263基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真49所示圖263拉伸生成凸緣4再次使用拉伸工具完成底部特征的建模，方法如上分別使用拉伸工具建立軸承孔，如圖264所示圖264軸承座孔繪制5使用拉伸工具建立凸臺，完成草圖的繪制后，進行拉伸，則完成后的凸臺如圖265所示基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真50圖265軸承座旁凸臺繪制6打開“孔”按鈕分別對零件進行安裝孔，軸端密封安裝孔及底座安裝孔。在分別對零件進行“筋”特征建模完成后如圖266所示圖266孔和肋板的繪制7通過“拉伸”“切除”及“孔”命令建立排油孔特征。完成草圖后，建模如圖267所示圖267放油孔的繪制8使用“拉伸”命令，建立吊耳，完成后如圖268所示基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真51圖268繪制吊耳9使用“拉伸”命令，建立窺視孔，完成后如圖269所示圖269繪制窺視孔10建立箱蓋使用基準面切割實體，完成最終模型的建立，選擇TOP基準平面，后單擊“”命令，打開實體化特征操控板。選擇切割方式，調(diào)整材料移除方向，則完成后實體如圖2610所示圖2610創(chuàng)建箱蓋基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真521建立箱座使用基準面切割實體，完成最終模型的建立，選擇TOP基準平面，后單擊“”命令，打開實體化特征操控板。選擇切割方式，調(diào)整材料移除方向，則完成后實體如圖2611所示圖2611創(chuàng)建箱座27其它減速器附件的建模其它附件的圖形分別顯示如圖271ABCDEFGH所示圖271A圖271B基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真53圖271C圖271D圖271E圖271F基于PRO/E的二級減速器設(shè)計、三維建模、裝配與運動仿真543基于PRO/E的減速器裝配完成零件設(shè)計后，將設(shè)計的零件按設(shè)計要求的約束條件或連接方式裝配在一起才能形成一個完整的產(chǎn)品或機構(gòu)裝置。利用PRO/E提供的“裝配”模塊可實現(xiàn)模型的組裝。在P