基于Solidworks的減速器的虛擬設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì).docx

江西理工大學(xué)2011屆專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì)江 西 理 工 大 學(xué) 南 昌 校 區(qū)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目：基于Solidworks的減速器的虛擬設(shè)計(jì)系 ：機(jī)電工程系專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù)班 級(jí)：08機(jī)電一體化（2）班摘 要在現(xiàn)代制造業(yè)中，研究開(kāi)發(fā)以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為目標(biāo)，全過(guò)程綜合應(yīng)用 CAD及相關(guān)一體化集成技術(shù)已成為必然趨勢(shì)，這種趨勢(shì)有利于提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，并且縮短科研和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。而減速器作為一種重要的動(dòng)力傳遞裝置，CAD技術(shù)被更廣泛的應(yīng)用到減速器設(shè)計(jì)中去。本文完成了減速器的機(jī)械設(shè)計(jì)后，利用 Solidworks軟件的有關(guān)命令完成一個(gè)一級(jí)圓柱齒輪減速器的三維模型及齒輪、軸、箱體等各個(gè)零件的三維建模，通過(guò)各個(gè)零件之間的配合關(guān)系加以約束，將各個(gè)零件模型裝配起來(lái)，標(biāo)準(zhǔn)零件由 Toolbox導(dǎo)入，裝配到減速器實(shí)體中去，完成裝配體，并利用該軟件生成二維工程圖，用干涉對(duì)零件各個(gè)部分進(jìn)行檢查，通過(guò)修改配合約束或者尺寸大小，消除零件之間的干涉情況，通過(guò) Solidworks軟件插件 Cosmosmotion的仿真運(yùn)動(dòng)功能，檢查、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，觀察齒輪的嚙合情況，并在最后輸出齒輪嚙合的動(dòng)畫(huà)。實(shí)現(xiàn)了減速器的運(yùn)動(dòng)仿真，完成了減速器在計(jì)算機(jī)上的虛擬設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞： SolidWorks ；減速器 ；三維建模 ；仿真ABSTRACTIn modern manufacturing industry, product design is the objective of research and development,the comprehensive application of the whole process of integration of CAD and related integrated techno logy have become an inevitable trend, which is conducive to raising the level of product design, and to reduce consumption, and new products development cycle, substantial increase in labor productivity. The reducer is an important driving force transmission device, therefore, CAD technology has been applied to a wider range of gearbox design.The paper completed the mechanical design of the gearbox, used SolidWorks software to complete the three-dimensional model of gearbox and gear, shaft, tank and other parts of the threed imensional modeling, related the various parts and components to the assembly model byconstraint, imported the standard components from the Toolbox, assembled the reducer entities to complete the assembly and used the software to generate two-dimensional engineering drawings, parts used to interfere in various parts of the inspection, by modifying the size constraints or eliminating interference between the parts through SolidWorks Simulation software plug-in motor function Cosmosmotion to check and optimize the design, observed the mating gear and the meshing gears in the final output of the animation. The realization of the motion simulation of the gearbox was completed based on the computer virtual design.Keywords: SolidWorks；gearbox；three-dimensional modeling；Simulation目 錄第一章 引言.11.1減速器的概述.11.2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用.21. 3課題的內(nèi)容及解決方案.31.4各個(gè)章節(jié)的安排.4第二章 減速器設(shè)計(jì).52.1傳動(dòng)方案的選定.52.2電動(dòng)機(jī)的選擇.52.3計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比.62.4運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算.72.5傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算.82.6軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及軸承的選擇與校核.132.7鍵聯(lián)接的選擇及計(jì)算.212.8減速器箱體、箱蓋及附件的設(shè)計(jì)計(jì)算.222.9潤(rùn)滑及其密封.242.10設(shè)計(jì)小結(jié).24第三章 基于 SolidWorks的三維建模.253.1 SolidWorks軟件介紹.253. 1.1對(duì)齒輪、軸及小齒輪軸的三維建模.253. 1.2對(duì)箱體、箱蓋的三維建模.303. 1.3對(duì)軸承的三維建模.373.1.4對(duì)端蓋、油標(biāo)尺、觀察蓋及通氣器的三維建模.39第四章 減速器的裝配和仿真.424.1減速器的裝配.424.1.1軸承的裝配.424.1.2小齒輪軸的裝配.424.1.3齒軸軸的裝配.434.1.4齒輪軸和箱體的裝配.444.1.5箱蓋、端蓋、觀察蓋等的裝配.444.1.6M6、M8螺釘?shù)难b配.454.1.7銷(xiāo)、螺栓、起蓋螺釘?shù)难b配.464.2減速器干涉檢查.474.3Cosmosmotion插件介紹.484.3.1Cosmosmotion運(yùn)動(dòng)仿真.49參考文獻(xiàn).51附錄.52江西理工大學(xué)2011屆專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章 引言1.1減速器的概述減速器原理減速器是指原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間獨(dú)立封閉式傳動(dòng)裝置。此外，減速器也是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將馬達(dá)的問(wèn)轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。降速同時(shí)提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比，但要注意不能超出減速器額定扭矩。減速器的作用減速器的作用就是減速增矩，這個(gè)功能完全靠齒輪與齒輪之間的嚙合完成，比較容易理解。減速器的種類(lèi)很多，按照傳動(dòng)類(lèi)型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及它們互相組合起來(lái)的減速器;按照傳動(dòng)的級(jí)數(shù)可分為單級(jí)和多級(jí)減速器;按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐一圓柱齒輪減速器;按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開(kāi)式、分流式和同軸式減速器。(1)蝸輪蝸桿減速器的土要特點(diǎn)是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸人軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動(dòng)效率不高，精度不高。(2)諧波減速器的諧波傳動(dòng)是利用柔性元件可控的彈性變形來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，體積不大、精度很高，但缺點(diǎn)是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差。輸入轉(zhuǎn)速不能太高。(3)行星齒輪減速器行星減速器一般用于在有限的空間里需要較高的轉(zhuǎn)矩時(shí)，即小體積大轉(zhuǎn)矩，而且它的可靠性和壽命都比正齒輪減速器要好。(4)展開(kāi)式兩級(jí)圓柱齒輪減速器展開(kāi)式兩級(jí)圓柱齒輪減速器是兩級(jí)減速器中最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣泛的一種。(5)兩級(jí)圓錐-圓柱齒輪減速器單級(jí)圓錐齒輪減速器及兩級(jí)圓錐-圓柱齒輪減速器用于需要輸人軸與輸出軸成90D配置的傳動(dòng)中。(6)同軸式兩級(jí)圓柱減速器同軸式兩級(jí)圓柱減速器的徑向尺寸緊湊，但徑向尺寸較大。減速器的種類(lèi)繁多，如今應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，總體的發(fā)展趨勢(shì)如下：高水平、高性能。圓柱齒輪普遍采用滲碳淬火、磨齒，承載能力提高4倍以上，體積小、重量輕、噪聲低、效率高、可靠性高。積木式組合設(shè)計(jì)?；緟?shù)采用優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊，零件通用性和互換性強(qiáng)，系列容易擴(kuò)充和花樣翻新，利于組織批量生產(chǎn)和降低成本。型式多樣化，變型設(shè)計(jì)多。擺脫了傳統(tǒng)的單一的底座安裝方式，增添了空心軸懸掛式、浮動(dòng)支承底座、電動(dòng)機(jī)與減速器一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式，擴(kuò)大使用范圍。齒輪減速器應(yīng)用范圍廣泛，例如，內(nèi)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)與定軸齒輪傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，能夠適用于機(jī)械、冶金、礦山、建筑、輕工、國(guó)防等眾多領(lǐng)域的大功率、大傳動(dòng)比場(chǎng)合，能夠完全取代這些領(lǐng)域中的圓柱齒輪傳動(dòng)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)，因此，內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器有廣泛的應(yīng)用前景。1.2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD short for Computer Assisted Design）始于五十年代末期，至今已經(jīng)有四十年的歷史。從七十年代以來(lái)，CAD產(chǎn)品逐漸成熟，紛紛作為商品進(jìn)入市場(chǎng)。由于 CAD在產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及工業(yè)與產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)中起越來(lái)越重要的作為，因而是目前計(jì)算機(jī)應(yīng)用中最活躍的領(lǐng)域。CAD技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用已經(jīng)使設(shè)計(jì)過(guò)程發(fā)生了革命性的變化，它為設(shè)計(jì)者提供了更有效的分析、優(yōu)化、仿真以及繪圖手段，成倍地提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。目前，CAD技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空航天、建筑、造船、輕工、紡織等部門(mén)的工業(yè)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，從中機(jī)械、造船、輕工、紡織等部門(mén)的工業(yè)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，其中機(jī)械、造船、汽車(chē)等行業(yè) CAD普及率為 20%，電子行業(yè) CAD普及率為 80%，并取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效率。CAD技術(shù)作為產(chǎn)品發(fā)展和設(shè)計(jì)的重要手段已在機(jī)械工業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在美國(guó)、日本及歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家中、機(jī)械 CAD技術(shù)主要是把人們從丁字尺中解放出來(lái)，同時(shí)也可利用 CAD技術(shù)解決眾多繁瑣的設(shè)計(jì)和分析計(jì)算。因而機(jī)械CAD系統(tǒng)已逐漸成為圖形系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，以工具系統(tǒng)為支撐和以計(jì)算機(jī)為應(yīng)用的集成化系統(tǒng)。同發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)的 CAD技術(shù)起步較晚，70年代末期和 80年代初期，在 CAD/CAM方面才有了較大的發(fā)展。但作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上西方發(fā)達(dá)國(guó)家，大多數(shù)工廠還停留在手工計(jì)算和手工繪圖工作，使設(shè)計(jì)人員不能投入到創(chuàng)造性工作的集成化的機(jī)械CAD系統(tǒng)。因此,通過(guò)引進(jìn)小花國(guó)外先進(jìn)的 CAD/CAM技術(shù)，并且立足于國(guó)內(nèi)研究開(kāi)發(fā)集成化的 CAD/CAM系統(tǒng)，將成為國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)推廣應(yīng)用 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展放向。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能和高效率的圖形處理能力，輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工程和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與分析，以達(dá)到理想的目的或取得創(chuàng)新成果的技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展與工程設(shè)計(jì)方法的革新密切相關(guān)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)的快速、準(zhǔn)確、靈活的運(yùn)算能力，以及它的邏輯判斷功能，幫助人們:在設(shè)計(jì)中少出錯(cuò)誤;形成概念設(shè)計(jì)，進(jìn)行分析和證明;進(jìn)行思考，選擇最佳方案:進(jìn)行創(chuàng)造性的活動(dòng)。計(jì)算機(jī)圖形的輸入、生成、顯示、修改和輸出是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中最突出的特點(diǎn)和最重要的功能。它極大地改變了設(shè)計(jì)工作的環(huán)境和方式，設(shè)計(jì)者不僅可以用他們最熟悉的圖形方式表達(dá)設(shè)計(jì)思想，而且可以通過(guò)交互式圖形使用軟件和各種圖形輸入輸出設(shè)備，隨意地插入、刪除、移動(dòng)、拼裝圖形，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、裁剪、縮放、消除隱線等圖形處理。CAD技術(shù)被越來(lái)越多的應(yīng)用到各類(lèi)機(jī)械設(shè)計(jì)，見(jiàn)到成效。齒輪減速器也是CAD注重的對(duì)象之一，如此提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量和速度，降低了減速器的制造成本，降低設(shè)計(jì)勞動(dòng)，適合減速器的研究和更新設(shè)計(jì)。1.3課題的內(nèi)容及解決方案畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成以虛擬設(shè)計(jì)中的特征建模技術(shù)為核心，以 SolidWorks為三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)一級(jí)圓柱齒輪減速器的虛擬設(shè)計(jì)，并通過(guò)基于特征建模的虛擬設(shè)計(jì)和高效虛擬裝配實(shí)現(xiàn)減速器的虛擬仿真。解決方案：（1）設(shè)計(jì)一級(jí)減速器，完成電動(dòng)機(jī)的選擇，傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，傳動(dòng)零件計(jì)算、軸、軸承、鍵的校核計(jì)算，聯(lián)軸器選擇。（2）SolidWorks軟件設(shè)計(jì)部分.零件三維建模 軸的設(shè)計(jì)：利用插入中旋轉(zhuǎn)命令設(shè)計(jì)軸，建立基準(zhǔn)面。用切除拉伸銑出鍵槽，然后對(duì)軸倒圓角和倒角。 箱體設(shè)計(jì)：通過(guò)利用拉伸、抽殼、拉伸切除和鏡像的方法構(gòu)造箱體以及窺視窗，之后進(jìn)行鉆孔。 齒輪設(shè)計(jì)：利用 geartrax自動(dòng)生成齒輪對(duì)。標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)：從 SolidWorks中的 toolbox中導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)件。 非標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)：利用拉伸和拉伸切除命令構(gòu)造端蓋等。、將各個(gè)模塊裝配，并檢查干涉情況。利用配合關(guān)系約束裝配零件，之后進(jìn)行干涉檢查，修改尺寸或配合以消除干涉。、利用 Cosmosmotion實(shí)現(xiàn)齒輪的仿真，插入模擬馬達(dá)，選擇旋轉(zhuǎn)方向和速度，觀察齒輪的嚙合情況，最后導(dǎo)出齒輪運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫(huà)。1.4各個(gè)章節(jié)的安排為了符合設(shè)計(jì)流程，章節(jié)主要分為四部分：前言、機(jī)械設(shè)計(jì)、Solidworks建模、裝配和仿真、總結(jié)和展望。前言主要介紹計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，減速器的介紹，以及課題要求內(nèi)容。機(jī)械設(shè)計(jì)主要圍繞機(jī)械說(shuō)明書(shū)，從設(shè)計(jì)要求到尺寸的計(jì)算，零件的選定校核都包含在內(nèi)。SolidWorks建模：利用該軟件及插件對(duì)各個(gè)零件的建模方法步驟上介紹，詳述建模過(guò)程，并且插入各個(gè)零件三維圖。裝配和仿真：主要介紹裝配的過(guò)程，以及消除干涉，cosmosmotion軟件介紹，和運(yùn)用插件運(yùn)動(dòng)仿真，直至最后出數(shù)據(jù)圖和仿真動(dòng)畫(huà)的過(guò)程。第二章 減速器設(shè)計(jì)2.1傳動(dòng)方案的擬定設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置中的一級(jí)圓柱齒輪減速器，如圖 2.1。1.工作條件：使用年限 10年，工作為 1班制，載荷平穩(wěn)，單向傳動(dòng)，室內(nèi)工作。2.原始數(shù)據(jù)：運(yùn)輸帶曳引力 F=1500N，運(yùn)輸帶速度 v=1.1m/s,滾筒直徑D=220mm。圖2.1 帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖2.2電動(dòng)機(jī)的選擇1.電動(dòng)機(jī)類(lèi)型選擇：Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。（1）傳動(dòng)裝置總效率總，式中，軸承 帶輪效率，聯(lián)軸器 齒輪效率，滾筒 滾筒效率。2.電動(dòng)機(jī)功率選擇：式中，Pd電動(dòng)機(jī)所需工作效率.3.確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：式中，n滾筒滾筒轉(zhuǎn)速。根據(jù)【1】P69 表2-5 中提供的合理的傳動(dòng)比范圍，取V 帶傳動(dòng)比I=24，一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比Ic=36，則合理傳動(dòng)比i=624，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為nd=i*n滾筒=5732292 r/min。4.確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750r/min，1000r/min，1500r/min。則由【1】P171 表2.11 查出三種適合的電動(dòng)機(jī)型號(hào)。表1.1 電動(dòng)機(jī)選擇方案電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1Y100L2-42.214302Y112M-62.29403Y132S-82.2710綜合考慮電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、價(jià)格等，2、3 方案的轉(zhuǎn)速低，價(jià)格較高，故選取方案1。2.3 計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳動(dòng)比1.總傳動(dòng)比計(jì)算式中，i總總傳動(dòng)比，n電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。2.分配各級(jí)傳動(dòng)比齒輪傳動(dòng)比i齒輪，V 帶輪傳動(dòng)比i帶，取i齒輪=4，2.4 運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算1.計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速2.計(jì)算各軸功率3.計(jì)算各軸扭矩2.5 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算2.5.1 皮帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1.確定計(jì)算功率 由【2】P137 表7-4 查得KA= 1.2。式中， Pca計(jì)算功率。2.確定V 帶截型根據(jù)PCA及N1查【2】P137 圖7-11 確定用Z 型帶。3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑（1）查【2】P138 表7-5 取小帶輪直徑dd1=75mm。1（2）驗(yàn)算帶速v(3)計(jì)算大帶輪直徑dd2查【2】表7-5 dd2=280mm。(4)實(shí)際傳動(dòng)比傳動(dòng)比誤差3.確定帶長(zhǎng)及中心距（1）初取中心距a0（2）確定帶長(zhǎng)Ld式中， Ld0初選帶長(zhǎng)。查【2】P127 表7-2 取Ld= 1600mm。（3）計(jì)算實(shí)際中心距5.驗(yàn)算包角a16.確定V 帶的根數(shù)查【3】表14.1-13 Ka =0.91，查【3】表14.1-15 Kl=1.16，查【3】表14.1-17b P1=0.35 P1=0.03。7.確定初拉力F08.計(jì)算帶輪軸所受壓力Q2.5.2 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1選擇齒輪的材料及精度等級(jí)設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)是閉式傳動(dòng)，通常采用軟齒面。（1）小齒輪45 鋼調(diào)質(zhì)，齒面平均硬度260HBS 。（2）大齒輪45 鋼正火，齒面平均硬度200HBS 。精度等級(jí)：運(yùn)輸機(jī)是一般機(jī)器，速度不高，故選8 級(jí)精度，初選v = 2m / s 。2.參數(shù)選擇（1）小齒輪齒數(shù)Z1=22，大齒輪齒數(shù)Z2=i*Z1=88，齒輪傳動(dòng)比u=4。（2）計(jì)算傳動(dòng)誤差i = 0%。（3）查【2】P75 表5-13 取d=1（對(duì)稱(chēng)布置）。3.計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩中，P 軸功率。4.確定載荷系數(shù)K（1）使用系數(shù)KA 查【2】P66 表5-11 。KA =1 A （2）動(dòng)載系數(shù) Kv查【2】P66 圖5-10(a) Ka=1.05。（3）齒向載荷分布系數(shù) K 查【2】P68 圖5-13 取。K=1.29 （4）齒間載荷分配系數(shù)Ka查【2】P69 圖5-15 取Ka=1.22。（5）載荷系數(shù)K5.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)（1）求許用接觸應(yīng)力H 查【2】P76 圖5-23 取接觸疲勞極限H im1 =700MPa,Him2 =560MPa,查【2】P77 表5-15 取安全系 S H im1= S H im2=1。（2）彈性系數(shù) 查【2】P71 表5-12 取Z E =189.8。（3） 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查【2】P71 圖5-18 取。Z H = 2.5（4） 重合度系數(shù)Z（5） 所需小齒輪直徑d1（6） 驗(yàn)算圓周速度（7）修正小齒輪直徑查【2】P66 圖5-10（a） 取K v=1.02 7.確定傳動(dòng)尺寸（1）確定模數(shù)m查【2】P56 表5-3 取m = 2mm。（2）分度圓直徑（3）中心距a（4）確定齒寬（4）確定齒寬b1 b28.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核（1）求許用彎曲應(yīng)力F 查【2】P79 圖5-26 取壽命系數(shù)YN1=YN2=1， 查【2】P78 圖5-25 取彎曲疲勞極限 F lim1=290MPa，F(xiàn) lim2 =220MPa，查【2】P79 圖5-27 取尺寸系數(shù) YX1 =YX2 =1 ， 查【2】P77 表5-15 取安全系數(shù)S F lim1 =SF lim1 =1.5。（2）齒型系數(shù)Y Fa1 Y Fa2 查【2】P73 圖5-21 取Y Fa1=2.75， Y Fa2 =2.75。（3）應(yīng)力修正系數(shù)Y Sa1，Y Sa2 ， 查【2】P74 圖5-22 取，Y Sa1 =1.57， Y Sa2 =1.78.（4）重合度系數(shù)Y（5）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度F 故彎曲強(qiáng)度足夠。2.6 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算2.6.1 從動(dòng)軸設(shè)計(jì)1.選擇軸的材料確定許用應(yīng)力軸的材料為45 鋼，調(diào)制處理，查【2】P165 表9-1?？估瓘?qiáng)度極限b =MPa，抗拉屈服極限s = 650 MPa，,彎曲疲勞極限b -1 b =60 MPa。2.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑一級(jí)齒輪減速器的低速軸為轉(zhuǎn)軸，從結(jié)構(gòu)上考慮，輸出端軸徑應(yīng)最小，最小軸徑為。查【2】P170 表9-2 取C=118。考慮鍵槽影響以及聯(lián)軸器孔徑系列標(biāo)準(zhǔn)，取d=32mm。3.齒輪上作用力計(jì)算式中，T 齒輪作用力， Ft圓周力， Fr徑向力4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）聯(lián)軸器的選擇可采用彈性圓柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，查【1】P130 表2-83，取型號(hào)為HL2 聯(lián)軸器：32X82GB5014-85。（2）確定軸上零件的位置與固定方式在一級(jí)減速器中，將齒輪置于箱體中央，軸承對(duì)稱(chēng)分布，軸外伸端安裝聯(lián)軸器，齒輪靠軸肩和套筒實(shí)現(xiàn)軸向定位，靠平鍵以及過(guò)盈配合實(shí)現(xiàn)周向固定，軸靠軸承蓋實(shí)現(xiàn)軸向定位，聯(lián)軸器靠軸肩平鍵和過(guò)盈配合實(shí)現(xiàn)軸向和周向定位。（3）確定各段軸的直徑估算軸d = 30mm作為外伸端直徑與聯(lián)軸器相配。聯(lián)軸器靠軸肩實(shí)現(xiàn)軸向1 d定位，第二段直徑取d 2=35mm, d 3 應(yīng)大于d 2，取d 3=40mm，為了便于齒輪裝卸和齒輪配合處軸徑d 4 應(yīng)大于d 3，取d 4 = 50mm。齒輪用套筒和軸肩定位，軸肩直徑d 5 =60mm 。滿足另一側(cè)軸承的安裝要求，根據(jù)選定軸承的型號(hào)，設(shè)置階梯軸d6= 45mm ，兩側(cè)軸承相同。（4）選擇軸承型號(hào)查【1】P111 表2-58 初選深溝球軸承，代號(hào)為6208，查得軸承寬度為B=18mm，安裝尺寸為D=40mm,則d 7 =40mm 。（5）確定軸各段直徑和長(zhǎng)度段：d 1 = 32mm，長(zhǎng)度為。L1 = 50mm 。段：d 2 =35mm，考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面和箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離。取套筒長(zhǎng)為20mm，取L2 = 60mm 。段：d 3 =40mm， L3 = 40mm 。段：考慮齒輪段長(zhǎng)度應(yīng)比輪轂寬度小，L4 = 42mm。段：d5 = 60mm，取L 5 = 10mm。段：階梯軸段，考慮到箱體的距離，取L6 = 10mm 。段：安裝軸承，初選6208，B=18mm,則L 7 =18mm 。算得軸承支撐跨距L=120mm。（6）按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算1）.求分度圓直徑：d2= 176mm 2).求轉(zhuǎn)矩：Tw =175N M3).求圓周力：4).求徑向力：5).繪制軸受力簡(jiǎn)圖如圖2.2 a。6).軸承支反力：兩邊對(duì)稱(chēng)，截面C 的彎矩對(duì)稱(chēng)。截面C 在垂直面彎矩為截面C 在水平面的彎矩7).繪垂直面彎矩圖如圖2.2 b,水平面彎矩圖如圖2.2 c。8).繪制合彎矩圖如圖2.2 d。10).繪制當(dāng)量彎矩圖如圖2.2 f 。取a = 0.2，截面C 處的當(dāng)量彎矩：11）.校核危險(xiǎn)截面C 的強(qiáng)度該軸強(qiáng)度足夠圖2.2 受力簡(jiǎn)圖、彎矩圖等2.6.2 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)1.選擇軸的材料確定許用應(yīng)力軸的材料為45 鋼，調(diào)制處理，查【2】P165 表9-1b = 650 MPa ， s = 360 MPa， -1 b = 60MPa 。2.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑一級(jí)齒輪減速器的高速軸，輸入軸與皮帶輪相連，從結(jié)構(gòu)上考慮，最小軸徑為查【2】P170 表9-2 取C=118。考慮鍵槽影響以及聯(lián)軸器孔徑系列標(biāo)準(zhǔn)，取d = 20mm 。3.齒輪作用力計(jì)算齒輪所受的轉(zhuǎn)矩：式中，T 齒輪作用力，F(xiàn)t 圓周力， Fr徑向力4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）確定軸上零件的位置與固定方式齒輪安置在箱體中央，軸承對(duì)稱(chēng)布置在齒輪兩邊，兩端軸承靠套筒和軸肩實(shí)現(xiàn)軸向定位，軸通過(guò)兩端端蓋實(shí)現(xiàn)軸向定位。（2）確定各段軸直徑將d = 20mm 作為外伸端直徑d主1=20mm，第二段取d主2=23mm , d主3d主2 ,該段為軸承內(nèi)徑，小齒輪右側(cè)設(shè)置階梯軸， d主4=36mm ， d主5=30mm 5，第六段安裝軸承，則與第三段直徑相同。（3）選擇軸承型號(hào)查【1】P111 表2-58 初選深溝球軸承，代號(hào)為6205，查得軸承寬度為B=15mm，安裝尺寸為D=52mm,則d 主3=d主6=25mm 。（4）確定軸各段直徑和長(zhǎng)度。段：d主1 =20mm，長(zhǎng)度為L(zhǎng)主1=50mm 。段：d主2= 23mm ，考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁，軸承端面和箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離。取套筒長(zhǎng)為20mm，取L主2=60mm 。 段：d 主2=25mm L主3 34mm。段：小齒輪寬L主4= 50mm 。 段：d主5=36mm，取。L主5 =10mm。段：階梯軸段，考慮到箱體的距離，取L主6= 10mm 。 段：安裝軸承，初選6205，B=15mm,則L主7=15mm。 算得軸承支撐跨距L=120mm。(5）按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算1）.求分度圓直徑：d 1 = 44mm2）.求圓周力：T =46.5 N m3）.求徑向力：兩邊對(duì)稱(chēng)，截面C 的彎矩對(duì)稱(chēng)。4).截面C 在垂直面彎矩為5).截面C 在水平面的彎矩：6).合彎矩：7).截面C 處的當(dāng)量彎矩： 取a = 0.2該軸強(qiáng)度足夠2.6.3 滾動(dòng)軸承的校核計(jì)算一、從動(dòng)軸軸承1.軸承預(yù)計(jì)壽命2.初選軸承的型號(hào)6208 查【1】P111 表2-58 初選深溝球軸承，查得軸承寬度為B=18mm，安裝尺寸為D=40mm，基本額定動(dòng)載荷Cr = 22.8KN ，基本靜載荷， C0 r= 15.8KN極限轉(zhuǎn)速10000r/min。已知：n w = 95.5r min，兩軸承徑向反力： F R 1 =F R 2= 1058 N軸承內(nèi)部軸向: 任取一端為壓緊端。3.求系數(shù)x,y查【2】P194 表10-4 取e = 0.68。4.計(jì)算當(dāng)量載荷P 1、P2查【2】P195 表10-5 傳動(dòng)裝置取fp=1.5。5.軸承壽命計(jì)算預(yù)期壽命足夠。二、主動(dòng)軸軸承1.軸承預(yù)計(jì)壽命L h=103008 = 24000 h2.初選軸承的型號(hào)6205 查【1】P111 表2-58 初選深溝球軸承，查得軸承寬度為B=15mm，安裝尺寸為D=52mm，基本額定動(dòng)載荷C r =14.2KN ，基本靜載荷， C0 r =10.2 KN， 極限轉(zhuǎn)速14000r/min。已知：n = 382.4r min ,兩軸承徑向反力： 。 F R1 = F R 2= 1121 N軸承內(nèi)部軸向力： 任取一端為壓緊端。3.求系數(shù)x,y查【2】P194 表10-4 取e = 0.68。4.計(jì)算當(dāng)量載荷P 1、P2 查【2】P195 表10-5 傳動(dòng)裝置取fp=1.5。5.軸承壽命計(jì)預(yù)期壽命足夠2.7 鍵聯(lián)接的選擇和校核計(jì)算2.7.1 選定鍵查【1】P105 表2-54 ?。?.高速軸和V 帶輪聯(lián)接鍵為：鍵8X28 GB1096-79,2.大齒輪與軸聯(lián)接的鍵為：鍵10X32 GB1096-79,3.軸與聯(lián)軸器的鍵為：鍵8X36GB1096-79。2.7.2 鍵的強(qiáng)度校核.大齒輪與軸上的鍵：10X32 GB1096-79。b h =108, L =32 mm, 則L s =Lb = 32 10 = 22 mm1).圓周力：2).擠壓強(qiáng)度：擠壓強(qiáng)度足夠。3).剪切強(qiáng)度：擠壓強(qiáng)度足夠,鍵10X32 GB1096-79 符合要求。.高速軸和V 帶輪聯(lián)接鍵為：鍵8X28 GB1096-79。b h = 87, L =28 mm, 則L s =L b=2810 =18 mm 。1）.圓周力：2).擠壓強(qiáng)度：擠壓強(qiáng)度足夠。3).剪切強(qiáng)度：擠壓強(qiáng)度足夠,鍵8X28 GB1096-79 符合要求。.軸與聯(lián)軸器的鍵為：鍵8X36 GB1096-79。bh = 87,L = 36 mm,則L s = L b = 36 10= 26mm。1).圓周力：2).擠壓強(qiáng)度：擠壓強(qiáng)度足夠3).剪切強(qiáng)度：擠壓強(qiáng)度足夠,鍵8X36 GB1096-79 符合要求。2.8 減速器箱體、箱蓋及附件的設(shè)計(jì)計(jì)算本文的一級(jí)圓柱齒輪減速器附件的使用如下：通孔器：在室內(nèi)使用，選用通氣器，采用M121.25油面指示器。油標(biāo)尺：M12。起吊裝置：采用箱蓋吊耳、箱座吊耳。放油螺塞：M 201.5。查【1】P89 表2-37 選擇適當(dāng)型號(hào)：起蓋螺釘型號(hào)：GB/T5780 M16X1.5X100，材料Q235。高速軸軸承蓋螺釘：GB578386 M8X25，材料Q235。低速軸軸承蓋螺釘：GB578386 M8X25，材料Q235。螺栓：GB578386 M12X25，材料Q235。觀察蓋螺釘：GB578386 M6X16，材料Q235。箱體主要尺寸：（1）箱座壁厚 = 0.025a +1 = 0.025110 +1 = 3.75 mm （2-49）取 = 8。（2）箱蓋壁厚1=0.02a+1=0.02*110+1=3.2mm （2-50）取1 =8。（3）箱蓋凸緣厚度b1 = 1.51 = 1.58 =12mm （2-51）（4）箱座凸緣厚度b =1.5 =1.58 =12 mm（5）箱座底凸緣厚度b2 = 2.5 =2.58=20 mm （2-52）（6）地腳螺釘直徑d f = 0.036 a +12 = 0.036110 +12 =15.96 mm （2-53）取d f mm=18 。（7）落地螺釘數(shù)目n = 4，因?yàn)閍 9.6mm。（15）齒輪端面與內(nèi)箱壁間的距離：20mm。（16）箱蓋，箱座肋厚：m1 =8mm，m2 =8mm。2.9 潤(rùn)滑與密封1.齒輪潤(rùn)滑采用浸油潤(rùn)滑，由于是一級(jí)圓柱齒輪減速器，當(dāng)速度m 20m / s 時(shí)，浸油深度h 為一個(gè)齒高，但是不小于10mm,所以浸油高度為65mm。2.滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑開(kāi)設(shè)油溝、飛濺潤(rùn)滑。3.潤(rùn)滑油的選擇齒輪和軸承用同種潤(rùn)滑油較為適宜，小型設(shè)備，選用GB443-89 全損耗系統(tǒng)用油L-AN15 潤(rùn)滑油。4.密封方法的選擇選用凸緣式端蓋易于調(diào)整，采用悶蓋安裝骨架式旋轉(zhuǎn)軸唇型密封圈實(shí)現(xiàn)密封。密封圈型號(hào)按所裝配軸的直徑確定為GB894.1-86-25 軸承蓋結(jié)構(gòu)尺寸按用其定位的軸承的外徑?jīng)Q定。2.10 設(shè)計(jì)小結(jié)本章節(jié)完成了一級(jí)圓柱齒輪減速器的機(jī)械設(shè)計(jì)，對(duì)軸、齒輪、V 帶輪、聯(lián)軸器、鍵、螺釘?shù)鹊倪x擇，以及對(duì)軸、軸承、鍵等進(jìn)行了校驗(yàn)，整體滿足設(shè)計(jì)要求，符合設(shè)計(jì)規(guī)范。第三章 基于SolidWorks 的三維建模3.1 SolidWorks 軟件介紹SolidWorks 軟件是由SolidWorks 公司開(kāi)發(fā)的，SolidWorks 公司是一家專(zhuān)門(mén)從事開(kāi)發(fā)三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的高科技公司，從1993 年，PTC 公司與CV 公司成立SolidWorks 公司，并于1995 年推出該軟件，引起設(shè)計(jì)相關(guān)領(lǐng)域的一片驚嘆?，F(xiàn)在SolidWorks 最新版為2009 SP0 多國(guó)語(yǔ)言版， 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)用的是SolidWorks2008 SP0 版本。SolidWorks 軟件集三維建模、裝配、工程圖于一身，功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新，使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD 解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。具有零件建模、曲面建模、鈑金設(shè)計(jì)、有限元分析、注塑分析、消費(fèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工具、模具設(shè)計(jì)工具、焊件設(shè)計(jì)工具和裝配設(shè)計(jì)等功能。該軟件將各個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的世界級(jí)頂尖產(chǎn)品連接到一起，具備全面的實(shí)體建模功能，可快速生成完整的工程圖紙，還可以進(jìn)行模具制造及計(jì)算機(jī)輔助工程分析、虛擬裝配、動(dòng)態(tài)仿真等一些其他CAD 軟件無(wú)法完成的工作。該軟件本身集成了較多的插件，方便設(shè)計(jì)者利用，降低了設(shè)計(jì)勞動(dòng)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)用到如下的插件：GearTrax 主要用于精確齒輪的自動(dòng)設(shè)計(jì)和齒輪副的設(shè)計(jì)，通過(guò)指定齒輪類(lèi)型、齒輪的模數(shù)和齒數(shù)、壓力角以及其它相關(guān)參數(shù)，GearTrax 可以自動(dòng)生成具有精確齒形的齒輪。toolbox 提供了如iso、din 等多標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。利用標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，設(shè)計(jì)人員不需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行建模，在裝配中直接采用拖動(dòng)操作就可以在模型的相應(yīng)位置裝配指定類(lèi)型、指定規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件。3.1.1 對(duì)齒輪、軸及小齒輪軸的三維建模、齒輪三維模型的形成SolidWorks 的插件GearTrax 用以生成各種齒輪模型，如圖3.1。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，選擇直齒，輸入齒輪的模數(shù)m = 2，大小齒輪齒數(shù)88和22，點(diǎn)擊齒面厚，鍵入大小齒輪的齒輪寬度b 50mm ， 。分別點(diǎn)1 = b 44mm 2 =擊激活大小齒輪后，點(diǎn)擊完成，插件自動(dòng)將成型的齒輪導(dǎo)入SolidWorks 中，從而完成齒輪建模,如圖3.2 和圖3.3。圖3.1 GearTrax2008 操作 圖3.3 大齒輪的大體建模 圖3.3 大齒輪的大體建模得到了大齒輪的大體建模，然后修改大齒輪： 通過(guò)【拉伸切除】命令構(gòu)造輪轂直徑為50mm，鍵槽高、寬分別為5mm、10mm。如圖3.5。 修改大齒輪，按工程圖畫(huà)減重槽和減重孔，利用【拉伸切除】命令，先畫(huà)減重槽，深度為10mm,如圖3.6，利用基準(zhǔn)面通過(guò)【鏡像】命令，畫(huà)出另一側(cè)。 通過(guò)【拉伸切除】命令打一個(gè)減重孔，孔徑為36mm,如圖3.7，【插入】-【參考幾何體】-【基準(zhǔn)軸】命令，選擇圓心為基準(zhǔn)軸，如圖3.8，通過(guò)【圓周陣列】命令，選擇基準(zhǔn)軸和陣列的數(shù)目，完成多個(gè)減重孔成型如圖3.9。 通過(guò)【倒角】命令倒角，最后成型,如圖3.10。圖3.4 齒輪的工程圖 圖3.5 加工輪轂和鍵糟 圖3.6 加工減重槽 圖3.7 加工減重孔 圖3.8 插入基準(zhǔn)軸 圖3.9 減重孔圓周整列 圖3.10 大齒輪的三維建模、小齒輪軸的三維建模在中GearTrax 導(dǎo)入小齒輪的基礎(chǔ)上,按照二維工程圖進(jìn)行建模，如圖3.11。 依次用【拉伸】命令構(gòu)造小齒輪軸，完成小齒輪軸的大體建模，如圖3.12。 然后利用【插入】-【參考幾何體】-【基準(zhǔn)面】命令，在小齒輪軸的外伸端建立基準(zhǔn)平面1,如圖3.13，再在該基準(zhǔn)平面上利用【拉伸切除】命令，按照高速軸和V 帶輪聯(lián)接鍵的尺寸：高速軸和V 帶輪聯(lián)接鍵為：鍵8X28 GB1096-79b h = 87,L = 28，繪制草圖，選擇切除厚度，完成鍵槽的成型，如圖3.14。 利用【倒角】和【倒圓角】命令修改小齒輪軸，完成建模如圖3.15。圖3.11 小齒輪軸工程圖 3.12 齒輪拉伸 圖3.13 建立基準(zhǔn)面1 圖3.14 拉伸鍵 圖3.15 小齒輪軸的三維建模、軸的三維建模 用【拉伸】命令，選擇任意基準(zhǔn)平面，按照設(shè)計(jì)尺寸依次拉伸成型，如圖3.16。 通過(guò)【插入】-【參考幾何體】-【基準(zhǔn)面】命令，在齒輪安裝段和外伸端建立兩個(gè)基礎(chǔ)平面，如圖3.17，依次用【拉伸切除】命令切出大齒輪與軸的鍵槽和低速軸（如圖3.18）和聯(lián)軸器的聯(lián)接鍵鍵槽（如圖3.19）。 用【倒角】和【倒圓角】命令修改軸，完成建模，如圖3.20。圖3.16 軸的工程圖 圖3.17 軸的拉伸圖 3.18 建立兩個(gè)基準(zhǔn)面 圖3.19 齒輪鍵拉伸 圖3.20 聯(lián)軸器的鍵拉伸圖3.21 軸的三維建模3.1.2 對(duì)箱體、箱蓋的三維建模、箱體三維建模 根據(jù)箱體的二維圖，如圖3.22，圖3.23，圖3.24，用【拉伸】命令，選擇任意基準(zhǔn)面，構(gòu)造箱體大體立方體，如圖3.25 用【圓角】命令將立方體四個(gè)棱邊倒R=20mm 的圓角。 利用【抽殼】命令，選擇壁厚度8mm，選擇挖出材料面，完成抽殼，如圖3.26。 在抽殼選擇面使用【拉伸】命令，拉伸出頂面凸緣，厚度為12mm，如圖3.27，選擇底面拉伸出箱體底板厚度為20mm，如圖3.28，并【拉伸切除】底面通槽如圖3.29。在凸緣下面【拉伸】軸承座凸臺(tái)（如圖3.30）和凸臺(tái)（如圖3.31），在軸承座凸臺(tái)上用【拉伸切除】命令切出軸承槽，如圖3.32。 用【插入】-【參考幾何體】-【基準(zhǔn)面】命令分別在兩個(gè)軸承座建立基準(zhǔn)平面1 和基準(zhǔn)平面2，如圖3.33，用【筋】命令，繪制軸承座凸臺(tái)的加強(qiáng)筋，如圖3.34。 用【鏡像】命令選擇鏡像對(duì)稱(chēng)平面，鏡像凸臺(tái)、軸承座凸臺(tái)、加強(qiáng)筋和軸承槽，如圖3.35。 選擇中間基準(zhǔn)平面，用【筋】命令構(gòu)造兩個(gè)吊耳，如圖3.36。 用【掃描切除】命令，繪制油溝，繪制掃描路線和掃描截面，如圖3.37，用【異形孔向?qū)А吭谳S承槽端面上打M8 的螺紋孔，如圖3.38，【插入】-【參考幾何體】-【基準(zhǔn)軸】命令，分別建立基準(zhǔn)軸1 和2，圓周陣列螺紋孔，等間距，孔數(shù)為6，如圖3.39。 用【拉伸切除】命令在頂面凸臺(tái)上打d=13mm 起蓋螺釘孔和銷(xiāo)孔，在凸臺(tái)上打d=17mm 螺栓孔，在底