基于SolidWorks的雙級三軸,基于,solidworks,雙級三軸 目 錄 1 緒論 1 1.1 圓柱齒輪減速器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.2 實體造型軟件的選擇 2 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 4 2 減速器的參數(shù)設計 4 2.1 傳動簡圖說明 4 2.2 設計原始數(shù)據(jù) 5 2.3 機構傳動比分配及電機的選擇 5 2.6 滾動軸承的選擇 11 2.7 軸的尺寸設計 11 2.7.1 軸1的設計 11 2.7.2 軸2的設計 11 2.7.3 軸3的設計 11 2.7.4 各軸的結構簡圖 11 2.8 連接鍵的選擇 12 2.8.1 連接聯(lián)軸器2和軸1的鍵 12 2.8.2 連接軸2和齒輪2的鍵的選擇 12 2.8.3 連接軸2和齒輪3的鍵的選擇 12 2.8.4 連接軸3和齒輪4的鍵的選擇 12 2.8.5 連接聯(lián)軸器4與軸3的鍵的選擇 12 3 構件參數(shù)校核 12 3.1 校核軸承的使用壽命 12 3.3 校核鍵的強度 15 4 潤滑與密封 15 5 減速器附件的選擇及結構簡圖 16 5.1 窺視孔及窺視孔蓋 16 5.2 放油孔及放油螺塞M18 17 5.3:油標M16 17 5.4 通氣孔M12 17 5.5 起蓋用螺釘 18 5.6 定位銷M10 18 5.7 凸緣式軸承端蓋 18 5.8 減速器裝配過程 19 6 結束語 19 致謝 20 參考文獻 21 1 緒論 1.1 圓柱齒輪減速器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 50年代初期，減速器制造僅是按得到的樣機及資料仿制，品種少、結構簡單，未形成系列。沈陽變壓器廠在1953年翻譯了蘇聯(lián)圖紙，建立起仿蘇的產(chǎn)品系列并開始試制，并于1956年試制成功仿蘇220kY油浸絕緣電壓減速器，1958年試制成功仿蘇220kY油浸絕緣電流減速器。此，中國已可以制造0．5kV～220kV各種規(guī)格的電流減速器和電壓減速器并形成了系列。958年后開始在仿制產(chǎn)品的基礎上自行設計。沈陽變壓器廠、華通開關廠試制成功l0kV環(huán)氧樹脂澆注電流減速器，取代了仿蘇產(chǎn)品。同時對油浸絕緣減速器進行了改型設計，形成了新的減速器系列。0年代后，沈陽變壓器研究所先后組織了多次全國統(tǒng)一設計，完成了0．5kV干式電流、電壓減速器，l0V澆注絕緣電流、電壓減速器，35kV油浸絕 緣電流、電壓減速器，110kV油浸絕緣電流、電壓減速器新系列的設計、試制，提高了產(chǎn)品的技術性能，使產(chǎn)品更符合中國國內(nèi)市場的需要。1970年后，我國減速器的整體技術水平有了更大的提高，品種日益增加。沈陽變壓器廠先后又試制成功330kV和500kV油紙絕緣電流減速器。西安電力電容器廠也試制成功500kV電容式電壓減速器。 各減速器制造廠也不斷對產(chǎn)品進行改進和完善，我國已具有當時國際上減速器行業(yè)最高電壓等級的產(chǎn)品制造能力。 減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。選用減速器時應根據(jù)工作機的選用條件，技術參數(shù)，動力機的性能，經(jīng)濟性等因素，比較不同類型、品種減速器的外廓尺寸，傳動效率，承載能力，質(zhì)量，價格等，選擇最適合的減速器。 減速器的類別、品種、型式很多，目前已制定為行（國）標的減速器有40余種。減速器的類別是根據(jù)所采用的齒輪齒形、齒廓曲線劃分；減速器的品種是根據(jù)使用的需要而設計的不同結構的減速器；減速器的型式是在基本結構的基礎上根據(jù)齒面硬度、傳動級數(shù)、出軸型式、裝配型式、安裝型式、聯(lián)接型式等因素而設計的不同特性的減速器。 圓柱齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機械傳動裝置。當前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問題。減速器制造方面，國內(nèi)目前生產(chǎn)廠家數(shù)目眾多，如對各種類型的圓柱齒輪機圓錐——圓柱齒輪或者齒輪——蝸桿減速機系列產(chǎn)品.在各類專用傳動裝置的開發(fā)機制造方面，國內(nèi)近幾年取得的明顯的進展，如重慶齒輪箱有限責任公司生產(chǎn)的MDH28型磨機邊緣驅(qū)動傳動裝置，其最大功率已達7000KW，傳動轉(zhuǎn)矩達5000KN.m，總重46噸，生產(chǎn)的1700熱連軋主傳動齒輪箱子的最大模數(shù)為30，重量達180噸。由杭州前進齒輪箱有限公司生產(chǎn)的gwc70/76型1.2萬噸及裝箱船用齒輪箱，傳動功率已達6250KW。由南京高精齒輪股份有限公司及重慶齒輪箱有限公司生產(chǎn)的里磨系列齒輪箱最大功率已達3800KW，由西安重型機械研究所、洛陽重重齒輪箱有限公司、荊州巨鯨傳動機械有限公司等開發(fā)制造的重載行星齒輪箱系列產(chǎn)品在礦山、冶金、建材、煤炭及水電等行業(yè)也都得到了廣泛應用，其中西安重型機械研究所開發(fā)的水泥行業(yè)輥壓機懸掛系列行星齒輪箱的輸入功率已達1250KW，用于鋁造軋機的行星齒輪箱有司責任公司、杭州前進出論箱有限公司、西安重型機械研究所開發(fā)的風力發(fā)電增速箱系列產(chǎn)品也逐步取代進口產(chǎn)品，廣泛應用于國內(nèi)風電行業(yè)。 國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。最近報導，日本住友重工研制的FA型高精度減速器，美國Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動原理和結構上與本項目類似或相近，都為目前先進的齒輪減速器。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還在傳動原理和傳動結構上深入探討和創(chuàng)新，平動齒輪傳動原理的出現(xiàn)就是一例。減速器與電動機的連體結構，也是大力開拓的形式，并已生產(chǎn)多種結構形式和多種功率型號的產(chǎn)品。目前，超小型的減速器的研究成果尚不明顯。在醫(yī)療、生物工程、機器人等領域中，微型發(fā)動機已基本研制成功，美國和荷蘭近期研制的分子發(fā)動機的尺寸在納米級范圍，如能輔以納米級的減速器，則應用前景遠大。減速器業(yè)涉及的產(chǎn)品類別包括了各類齒輪減速機、行星齒輪減速機及蝸桿減速機，也包括了各種專用傳動裝置，如增速裝置、條素裝置、以及包括柔性傳動裝置在內(nèi)的各類復合傳動裝置等，產(chǎn)品服務領域涉及冶金、有色、煤炭、建材、船舶、水利、電力、工程機械及石化等行業(yè)。其作為傳動機械行業(yè)里的一個重要的分支，在機械制造領域中扮演著越來越重要的角色。近幾年，隨著中國產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，減速器業(yè)在國內(nèi)也取得了日新月異的進步。 1.2 實體造型軟件的選擇 功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點，使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，設計過程最簡便、最方便的莫過于SolidWorks了。就像美國著名咨詢公司Daratech所評論的那樣：“在基于Windows平臺的三維CAD軟件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市場快速增長的領導者?！痹跓o與倫比的設計功能和易學易用的操作，使用SolidWorks ，整個產(chǎn)品設計是可百分之百可編輯的，零件設計、裝配設計和工程圖之間的是全相關的。強大的繪圖自動化強化性能使得設計師能夠以前所未有的速度從大型裝配件創(chuàng)造產(chǎn)品級的工程圖。新的輕化制圖工具使得用戶無需加載每一個部件到內(nèi)存就能創(chuàng)建裝配圖。只需拖拽并釋放一個裝配件到工程圖中，用戶就能夠在10秒鐘左右生成包括10,000個組件的裝配件2D圖。許多系統(tǒng)不能創(chuàng)建這樣一個大型裝配視圖。SolidWorks 2005 還使得設計工程師第一次能夠為零件種類多、數(shù)量龐大和配置復雜的多個項目生成一個單一的材料清單，這是加速設計到生產(chǎn)的一個關鍵環(huán)節(jié)。其他重要的新的制圖自動化包括自動序號標注、孔匯總表和修訂跟蹤表。省時、提高生產(chǎn)力這樣的特性使得產(chǎn)品看起來更好，性能更佳，在市場上也更受歡迎。沒有任何其他軟件能夠與SolidWorks的性能相媲美，SolidWorks 能夠比與之競爭的2D產(chǎn)品快10倍地生成工程圖注釋——也是吸引2D軟件用戶遷移到3D軟件的一個重要原因。 SolidWorks 可以動態(tài)地查看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測。用智能零件技術自動完成重復設計。智能零件技術是一種嶄新的技術，用來完成諸如將一個標準的螺栓裝入螺孔中，而同時按照正確的順序完成墊片和螺母的裝配。鏡像部件是SolidWorks 技術的巨大突破。鏡像部件能產(chǎn)生基于已有零部件（包括具有派生關系或與其他零件具有關聯(lián)關系的零件）的新的零部件。 SolidWorks 用捕捉配合的智能化裝配技術，來加快裝配體的總體裝配。智能化裝配技術能夠自動地捕捉并定義裝配關系.olidWorks 提供了生成完整的、車間認可的詳細工程圖的工具。工程圖是全相關的，當你修改圖紙時，三維模型、各個視圖、裝配體都會自動更新。從三維模型中自動產(chǎn)生工程圖，包括視圖、尺寸和標注。增強了的詳圖操作和剖視圖，包括生成剖中剖視圖、部件的圖層支持、熟悉的二維草圖功能、以及詳圖中的屬性管理員。使用RapidDraft技術，可以將工程圖與三維零件和裝配體脫離，進行單獨操作，以加快工程圖的操作，但保持與三維零件和裝配體的全相關。 用交替位置顯示視圖能夠方便地顯示零部件的不同的位置，以便了解運動的順序。交替位置顯示視圖是專門為具有運動關系的裝配體而設計的獨特的工程圖功能。SolidWorks 提供了無與倫比的、基于特征的實體建模功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁 特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實現(xiàn)產(chǎn)品的設計。通過對特征和草圖的動態(tài)修改，用拖拽的方式實現(xiàn)實時的設計修改。三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑，或為管道、電纜、線和管線生成路徑。通過帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動可控制的相切操作產(chǎn)生復雜的曲面。可以直觀地對曲面進行修剪、延伸、倒角和縫合等曲面的操作。 最新版本的SolidWorks 2009提供了一種快速預覽三維輕量化模型的技術，使得大裝配模型的顯示速度進一步提高。同時，支持在設計界面下的真三維顯示效果，達到了以往專門的三維渲染軟件的顯示效果。方便地編輯大裝配件。可以便捷地從大裝配件中選取一部分零部件進行顯示、編輯，進行運動仿真。強化了SWIFT技術。在 SolidWorks 2007 已經(jīng)推出的Sketch Expert、Mate Expert和Feature Expert的基礎上，又推出了Corner Expert（在復雜的拓撲結構中自動生成合理的圓角）、Tolerance Expert（合理分配公差）和Large Assembly Expert（檢查大裝配是否正確），幫助客戶更加簡便地生產(chǎn)零件和裝配結構。最大限度地減少客戶的重復操作，使用戶在使用過程中，更加專注于設計本身。SolidWorks以往的版本中已經(jīng)加入了CosmosXpress，讓工程師在設計過程中可以體驗仿真分析的效果。而SolidWorks2008中將提供Cosmos MotionXpress（運動仿真分析）、Cosmos FloXpress和DFMXpress（可制造性的分析）等模塊，使得工程師能夠更好地進行設計驗證。為了更好地滿足設計要求，SolidWorks作為最先進的實體造型軟件成為設計的首選軟件。 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 基于SolidWorks的雙級三軸線圓柱齒輪減速器的設計就是根據(jù)原始的給定參數(shù)，如軸的轉(zhuǎn)速，工作載荷等，設計計算減速器各個結構的尺寸。從而運用實體造型軟件SolidWorks繪制出實體，檢查減速器設計尺寸的合理性，并進行模擬運動仿真。 2 減速器的參數(shù)設計 2.1 傳動簡圖說明 電機1通過聯(lián)軸器2將動力傳入減速器3,減速器輸出軸通過聯(lián)軸器4與開式齒輪6連接把動力傳遞到運輸機的鼓輪7上,從而帶動傳送帶5工作.(圖示輸送帶緊邊在上,向左前進) 圖1 1:電動機 2:聯(lián)軸器 3:減速器 4:聯(lián)軸器 5:帶式運輸機 6:開式齒輪 7:鼓輪 2.2 設計原始數(shù)據(jù) 1．運輸機鼓輪上的圓周力10000N 2．運輸機輸送帶速度0.375m/s 3．運輸機鼓輪直徑500m 4．運輸帶速度允許偏差為5% 5．減速器的設計壽命為5年 6．工作情況:二班制,連續(xù)工作 2.3 機構傳動比分配及電機的選擇 設工作機構所需輸入功率為Ｐw，已知卷筒的傳動效率為0.96 可知:P w=F.V/1000.0.96=390625KW 查表可知:聯(lián)軸器的傳動效率為0.99,軸承的傳動效率為0.99,齒輪的傳動效率為0.92,雙級齒輪減速器的傳動效率為0.95,則: 工作機構的總效率=0.99.0.99.0.99.0.99.0.92.0.95=0.8396 卷筒的工作轉(zhuǎn)速=60.1000.V/3.14.D D=500mm,V=0.375m/s 卷筒的工作轉(zhuǎn)速=143.3r/min 查表可知雙級齒輪傳動比i雙<18,取i雙=16.單級齒輪傳動比i單= 3~5,因此合理的總傳動比范圍i總= 48~80 設可選電極的轉(zhuǎn)速nd,則 nd=i總.nw=(48~80).143.3=667.8~1146.4r/min 有同步轉(zhuǎn)速為750,1000的電機可選,考慮到電機的轉(zhuǎn)速越低電機價格越高,會增加制造成本,因此選擇同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的Y-132M -6型的電機 二級圓柱齒輪減速器中ih=(1.3~1.4).il 取ih=1.4 il 單級齒輪傳動比i=3~5,取i=4 i總=i.il.ih =i.il.il.1.4=66.9 由上式可知il=3.456,ih=il.1.4=4.838 設減速器中軸1的轉(zhuǎn)速為n1,軸2的轉(zhuǎn)速為nII,軸3的轉(zhuǎn)速為nIII,則: n1=960r/min,nII= n1/ih=198.43r/min,nIII= nII/nl=i57.42r/min 各軸的輸入功率 pI=pd =4.6525KW pII =pI.軸承的傳動效率.齒輪嚙合的傳動效率 =4.6525.0.97.0.99 =4.375KW pIII= pII.軸承的傳動效率.齒輪嚙合的傳動效率 =4.375.0.99.0.97 =4.201KW 設各軸所承受的轉(zhuǎn)矩分別為T1,TII,TIII 則: TI=9550.pI/nI=45.34N.m TII=9550.pII/ nII=210.59N.m TIII=9550.pIII/nIII=698.7N.m 計算結果如下表所示: 軸號 功率KW 轉(zhuǎn)矩N.m 轉(zhuǎn)速r/min 傳動比 I 4.56 45.34 960 II 4.375 210.59 198.43 4.838 III 4.201 698.7 57.42 3.456 表1 傳動軸設計參數(shù) 2.4 傳動齒輪的尺寸設計 2.4.1 高速級齒輪的參數(shù)設計 設小齒輪的齒數(shù)為Z1, 大齒輪的齒數(shù)為 Z2, Z1取26 則Z2=Z1 . ih =4.838.26 =125.58圓整后取為126 小齒輪1的材料為40Cr(調(diào)質(zhì)) 硬度為280HBS 大齒輪2的材料為45鋼(調(diào)質(zhì)) 硬度為240HBS 按齒面接觸強度設計 設小齒輪分度圓直徑為d1t ,則 d1t≥2 （1） 取載荷系數(shù)kt=1.6 ,β=14o ,壓力角α=20o 查表得 ZH=2.43 , εα1=0.77 , εα2=0.865 則εα=εα1+εα=1.635 T小輪=9.55×1000000×PI/ nI=45×103N.m 設齒寬系數(shù)為Φd 由于兩支撐對小齒輪為不對稱布置,查表取Φd=1 彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa? 設兩齒輪應力循環(huán)次數(shù)分別為N1,N2 則N1=60×nI × j×lh=60×960×1×5×365×16=1.68×1000000000 N2=N1/ih=3.47×10000000 查表可知區(qū)域系數(shù)ZH=2.433, 接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.91,KHN2=0.95 設兩齒輪的疲勞極限應力分別為бlim1,бlim2 取бlim1=600MPa,бlim2=550MPa 取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1, 設許用接觸用力為[бH] [бH]= ([бH]1+[бH]2)/2 [бH]1=KHN1.бlim1/S=0.91×600=546MPa, [бH]2=KHN2.бlim2/S=0.95×550=522.5MPa 則[бH]=([бH]1+[бH]2)/2=534.25MPa 設小齒輪分度圓直徑為d1t 由上可知 d1t≥3√2×1.6×0.45×10000/(1.35×1)×5.838/4.838×(189.8×2.433/534.25)2 =45.81mm 設小齒輪圓周速度為V, 則 V=3.14 ×d1t ×nI/ (60×1000) 2.3m/s 設齒寬為b ,則 b=Φd× d1t=45.81mm 設模數(shù)為mnt, 則 mnt= d1t×cosβ/ Z1=45.81×cos14o/26=1.70 齒高h=(1+2.5) × mnt=2.25×1.6=3.825mm 齒輪縱向重合度 εβ=0.318×Φd× Z1×tanβ=2.01 計算載荷系數(shù): 取使用系數(shù)KA=1 由齒輪V=2.3m/s,7級精度得: 動載荷系數(shù)KV=0.8 齒向載荷分布系數(shù)KHβ=1.417 齒間載荷分布系數(shù)KHα= 1.2 載荷系數(shù) K=KA× KV× KHβ× KHα=1.36 設按實際的載荷系數(shù)校正算得的分度圓直徑為d1,則: d1= d1t3√ K/Kt=45.81×3√1.36/1.6=43.39mm 計算模數(shù) mn mn= d1×cosβ/ Z1=43.39×cos14o/26=1.61 按齒根彎曲疲勞強度計算 mn≥3√2KT1.Yβ.COS2β.YFa.Ysa/(Φd. Z12.εα[бF]) （2） 設載荷系數(shù)為K, 則K=KA.KV.KFα.KFβ 由上可知b/h=42.76/3.6=11.88 KFβ=1.32 , KFα=KHα=1.2 K=1×0.8×1.32×1.2=1.27 螺旋角影響系數(shù)Yβ=0.87 計算當量齒數(shù): ZV1=Z1/ cos3β=26/ cos314o=28.48 ZV2=Z2/ cos3β=126/ cos314o=138 查表可得齒形系數(shù)YFa1=2.53, YFa2=2.14 計算彎曲疲勞許用應力 設齒輪彎曲疲勞強度極限為бfe1, бfe2; 可知бfe1=520 , бfe2=480 彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=0.84, KFN2=0.88 彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 [бF]1= KFN1. бfe1/S=312 [бF]2= KFN2. бfe2/S=301.7 計算YFa1. YSa1/[бF]1, YFa2. YSa2/[бF]2并加以比較 YFa1. YSa1/[бF]1=2.53×1.63/312=0.0131 YFa2. YSa2/[бF]2=2.14×1.83/301.7=0.0129 取兩者中的較大值0.0131 mn≥3√2×1.27×0.45×100000×0.87 ×COS214o/(1×262×1.66×1.35) =1.1 參照模數(shù)標準表mn取為2 a= (Z1+ Z2).mn/(2.cosβ)=156.7mm 圓整后取155mm 修正角β β1==arcos((Z1+ Z2).mn/2 .a)=11.291o B2=Φd.d1=43.39mm 圓整后取為45mm 查表可知大齒輪齒寬B1=B2+(5～10) 取B1=B2+5=45+5=50 因此小齒輪分度圓直徑d1= Z1. mn/cosβ1=53.1mm 大齒輪分度圓直徑d2= Z2. mn/cosβ1=256.9mm 2.4.2 低速級齒輪的尺寸設計 取Z3=28,則Z4= Z3. il=28×3.456=96.7 圓整后Z4取97 T小齒輪=9.55×1000000×pII/ nII=198400N .m 低速級小齒輪的硬度選為280HBS, 低速級大齒輪的硬度選為240HBS,材料為45號調(diào)質(zhì)鋼 查表可知彈性影響系數(shù)ZE=189.8 MPa? 應力循環(huán)次數(shù)N3=60×198.43×j×lh=3.5×100000000 N4= N3/ il=1.1×100000000 KFα=KHα=1.2 ,KHβ=1.426 , KFβ=1.4 區(qū)域系數(shù)ZH=2.433 εα3=0.785 , εα4=0.86 設兩齒輪的接觸疲勞壽命系數(shù)為KHN3 ,KHN4 查表可知KHN3=0.94, KHN4=0.97 設兩齒輪的疲勞極限為бlim3=600 , бlim4=550 安全系數(shù)S取為1 設兩齒輪接觸疲勞許用應力分別為[бH]3 , [бH]4 [бH]3= KHN3×бlim3/S=564 , [бH]4= KHN4×бlim4/S=533.5 [бH]= ([бH]3+ [бH]4)/2=548.75 d3t ≥3√(2×1.6×1.984)×100000/(1×1.645)×4.456/3.456×((189.8×2.433)/548.75)=70.6mm 大齒輪圓周速度V4=3.14×d3t×nIII/60×1000=0.73m/s 齒輪寬度b=Φd×d3t=70.6mm 模數(shù)mnt= d3t.COSβ/Z3=70.6×cos14/28=2.46 齒高h=2.25×mnt=5.54mm 齒輪縱向重合度εβ=0.318×Φd×Z3×tanβ=2.22 計算載荷系數(shù) 查表選取使用系數(shù)KA=1 動載荷系數(shù)KV=1.2 齒向載荷分布系數(shù) KHα取為1.426 齒間載荷分布系數(shù)KHβ取為1.2 載荷系數(shù)K=KA×KV×KHα×KHβ=2.05 校核分度圓直徑: d3=d3t3√k/kt=76.68mm 計算模數(shù)mn: mn=d3. COSβ/ Z3=2.66 按齒根彎曲疲勞強度計算: mn≥3√2KT1.Yβ.COS2β.YFa.Ysa/(Φd. Z12.εα[бF]) 齒款與齒高之比:b/h=70.6/5.54=12.68 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 設兩齒輪彎曲疲勞強度極限分別為бfe1,бfe2 查表可知бfe3=520 , бfe4=480 設兩齒輪彎曲疲勞壽命系數(shù)分別為KFN1, KFN2 查表可知KFN3=0.88 , KFN4=0.9 由重合度ε得螺旋角影響系數(shù)Yβ=0.87 [бF]3= KFN3. бfe3/S=326.9 , [бF]4= KFN4 .бfe4/S=308.6 設兩齒輪齒形系數(shù)分別為YFa3, YFa4 查表可知YFa3=2.55, YFa4=2.18 YFa3. Ysa3/[бF]3=0.0125 , YFa4 .Ysa4/ [бF]4=0.0126 mn≥3√2KT1.Yβ.COS2β.YFa.Ysa/(Φd. Z12.εα[бF]) =1.856 綜合以上情況mn取為3 中心距a=(Z3+ Z4).mn/(2.cosβ)=193.3mm 圓整后取為195mm 修正螺旋角：β2=arcos((Z3+ Z4).mn/2 .a)=15.9423o 小齒輪3的分度圓直徑 d3= Z3. mn/ cosβ2=87.36mm 大齒輪4的分度圓直徑 d4= Z4. mn/ cosβ2=302.6mm 齒寬b4=Φd×d4=87.36mm ,圓整后取為90mm 小齒輪3的齒寬b3=b4+5=95mm 2.4.3各齒輪的結構簡圖 圖2 軸2大齒輪 圖3 軸2小齒輪 圖4 軸3齒輪 2.5 聯(lián)軸器的選擇 2.5.1 聯(lián)軸器2的選擇 由于選擇電機的型號是Y132M1-6,可知電動機的輸出軸的軸頸為38mm 由于軸I的轉(zhuǎn)速nI=960r/min, TI=45.34mm故選擇聯(lián)軸器的型號為LT6.J型 2.5.2 聯(lián)軸器4的選擇 由pIII=4.201KW ，TIII=698.7×1000N.m ，nIII=57.42r/min，取A0=112 初估軸III的最小直徑：d3min= A03√pIII/ nIII=46.8mm 由TIII及d3min可選型號為HL4的J型聯(lián)軸器 2.6 滾動軸承的選擇 初估3個軸的最小直徑 d1min= A03√p1/ n1=18.7mm d2min= A03√p2/ n2=31.4mm d3min= A03√pIII/ nIII=46.8mm 由聯(lián)軸器2的軸孔直徑32mm選擇軸1上的軸承型號為7008c的軸承，內(nèi)徑為40mm 由軸2的最小軸徑選擇內(nèi)徑為40mm的7008c軸承 由聯(lián)軸器4及軸3的最小軸徑選擇內(nèi)徑為55mm的7011C軸承 2.7 軸的尺寸設計 2.7.1 軸1的設計 由聯(lián)軸器LT6得與聯(lián)軸器相配合的軸的直徑為32mm,與軸承7008C配合的軸的直徑為40mm，齒輪軸的直徑為da=46mm 2.7.2 軸2的設計 與軸承7008C配合的軸的直徑為40mm,與齒輪2，3配合的軸的直徑為46mm,軸環(huán)的直徑為53mm 2.7.3 軸3的設計 由于選擇聯(lián)軸器的型號為HL4，與聯(lián)軸器配合的軸的直徑為45mm,與7011C配合的軸的直徑為55mm,與齒輪4配合的軸的直徑為57mm,軸環(huán)的直徑為65mm,長度為12mm. 2.7.4 各軸的結構簡圖 圖5 軸1尺寸 圖6 軸2尺寸 圖7 軸3尺寸 2.8 連接鍵的選擇 2.8.1 連接聯(lián)軸器2和軸1的鍵 由于配合處軸徑為32mm,選取鍵的規(guī)格為10×8，鍵長L1=L-(5～10),L=58mm,靠系列取L1=50mm. 2.8.2 連接軸2和齒輪2的鍵的選擇 由于配合處軸徑為46mm，取鍵的規(guī)格為14×9. 鍵長L1=L-(5～10)，L=43mm,靠系列L1取L1=36mm 2.8.3 連接軸2和齒輪3的鍵的選擇 由于配合處軸徑為46mm，取鍵的規(guī)格為14×9. 鍵長L1=L-(5～10)，L=93mm, 靠系列L1取L1=80mm 2.8.4 連接軸3和齒輪4的鍵的選擇 由于配合處軸徑為62mm,取鍵的規(guī)格為18×11，鍵長L1=L-(5～10)，L=88mm,靠系列L1取為80mm 2.8.5 連接聯(lián)軸器4與軸3的鍵的選擇 由于軸徑為45mm,取鍵的規(guī)格為14×9. 鍵長L1=L-(5～10)，L=82mm, 靠系列L1取為70mm 3 構件參數(shù)校核 3.1 校核軸承的使用壽命 軸上個力的分布如下圖所示： 圖8 軸2總受力圖 兩軸承采用正裝方式，設與外加軸向載荷Fae方向一致的派生軸向力的軸承編號為2 由以上可知nIII=57.42r/min , TIII =698.7×1000N.m, 齒輪分度圓直徑為302.6mm Fte=2 TIII/d=4618N , Fr= Fte.tan20o/ cosβ=1748N , Fae=Fte.tanβ 把空間力系分解在水平方向和鉛直方向兩個方向上,求Fr1v,Fr2v以及Fr1h, Fr2h 圖9 軸2水平面上受力圖 由力矩的平衡可知: Fae.d/2+ Fr.72.5=Fr1v(130+72.5) Fr1v=1611N , Fr2v=136.6N 圖10 軸2垂直面上受力圖 Fr1h= Fte×130/(130+72.5)=2964.6N , Fr2h= Fte－Fr1h=1653.4N Fr1=√Fr1v2 + Fr1h2=3374N, Fr2=√Fr2v2 + Fr2h2=1658.5N 取e=0.43 則Fd1=e. Fr1=1451N , Fd2= e. Fr2=713.2N Fae＋Fd2 >Fd1 可知軸承1被壓緊,軸承2被放松 Fa1= Fae＋Fd2=2032N , Fa2=Fd2=713.2N 查表知軸承基本額定靜載荷C0=30500N Fa1/ C0=0.067, Fa2/ C0=0.023 利用線性插值法: 0.067介于0.058與0.087之間,二者分別對應的數(shù)值是0.43和0.46 e1=(0.067－0.058)/(0.087－0.058)×(0.46－0.43)＋0.43=0.439 0.023介于0.015和0.029之間, 二者分別對應的數(shù)值是0.38和0.40 e2=(0.023－0.015)/(0.029－0.015)×(0.4－0.38)＋0.38=0.391 Fd1=e1.Fr1=1481.2N ,Fd2=e2.Fr2=648.5N Fa1=Fae＋Fd2=1967.5N , Fa2=Fd2=648.5N Fa1/ C0=0.065 , Fa2/C0=0.021 二者相差不大 ,所以確定e1=0.439, e2=0.391 Fa1=1967.5N , Fa2=648.5N , Fa1/Fr1=0.58>e1 Fa2/Fr2=0.391=e2 0.065介于0.087和0.058之間,二者對應的數(shù)值分別為1.23和1.30 利用線性插值法得: Y1=1.3－(0.065－0.058)/(0.087－0.058)×0.07=1.283,X1=0.44 Y2=0 , X1=1,fp取1.1 則P=fp(X.Fr＋Y.Fa) P1=1.1(0.44×3374＋1.283×1967.5)=4409.7 , P2=1.1×1658.5=1824.35 因為P1>P2,所以按P1計算: Lh=1000000/(60×57.42)×(72×1000/4409.7)3=174423小時 實際使用壽命為Lh＇=5×365×2×8=29200小時 由于 Lh > Lh＇ 所以軸承滿足壽命要求 3.2 校核的強度 在減速器內(nèi)部的三根軸中,在中間的軸承受載荷最大,只校核它的強度 把軸2的受力分解在水平面和鉛垂面上:水平面上FNH1=2964.6N, FNH2=1653.4N,垂直面上 FNr1=136.6N , FNr2=1611N 圖11 水平面上彎矩圖 圖12 垂直面上彎矩圖: 圖13 總彎矩圖 Mmax=4.885×100000N.m 圖14 扭矩圖 бca=√(M/W)2＋4(α.T/2W)2=34.46<[бh]=60MPa 3.3 校核鍵的強度 連接齒輪4與軸3的鍵的強度 L=80mm b×h=16×10 鍵與輪轂槽的接觸高度k=0.5h=5 ,T=698.7 , бp=2×698.7×1000/(5××57×80)=61.3 бp<[бp]=110MPa,故安全 4 潤滑與密封 減速器采用脂潤滑的潤滑方式,潤滑油牌號:HJ-50,密封裝置:擋油環(huán),氈封油圈 圖15 擋油環(huán)結構簡圖 5 減速器附件的選擇及結構簡圖 5.1 窺視孔及窺視孔蓋 圖16 窺視孔蓋剖視圖 圖17 窺視孔蓋上視圖 D4=6,A=6,A1=A+(5～6)D4,A2=0.5(A+A1),B1=箱體頂部寬-（15～20）， B=B1-(5～6)D4,B2=0.5(B+B1),R=5,H根據(jù)要求自行設計 5.2 放油孔及放油螺塞M18 圖18 放油孔剖視圖 D0=26,L=23,l=12,a=3,D=19.6,S=17,D1=17 5.3:油標M16 圖19 油標結構尺寸圖 D=26mm,D1=22mm,d1=4mm,d2=16mm,d3=6mm,h=35mm,a=12mm,b=8mm,c=5mm 5.4 通氣孔M12 圖20 通氣孔剖視圖 D=22mm,D1=19.6mm,S=17mm,L=23mm,l=12mm,a=2mm,d1=5mm 5.5 起蓋用螺釘 圖 21 起蓋螺釘剖視圖 起蓋螺釘?shù)穆菁y長度要大于箱蓋連接凸緣的厚度，釘桿端部要做成圓柱形，加工成大倒角或半圓形，以免頂壞螺紋 5.6 定位銷M10 圖22 起蓋螺釘剖視圖 d=(0.7～0.8)d2,d3為箱體連接螺栓的直徑，斜度為1：50 5.7 凸緣式軸承端蓋 圖23 軸1軸2軸承端蓋 圖24 軸3軸承端蓋 D0=D+2.5d3,D2=D0+2.5d3,e=1.2d3,D4=D-(10～15)mm,b=(5～10)mmD為軸承外徑 5.8 減速器裝配過程 對于軸的裝配要先把鍵打入相應的鍵槽中,接著安裝對應的齒輪,然后安裝擋油環(huán),軸承.有必要的還要安裝密封氈圈.裝配減速器箱座時應先在其一側安裝軸承端蓋用來定位各軸.然后把各軸裝配在對應的各個軸孔中,最后把另一側的軸承端蓋安裝上.用螺栓把箱座與箱蓋裝配完后應安裝油標,窺視孔蓋,通氣孔等附件. 6 結束語 本文詳細介紹了雙級三軸線圓柱齒輪減速器的設計過程，在設計過程中，詳細介紹了各個機構參數(shù)的每一個過程，即使不是很精通的也能很快，很清晰地理解減速器設計的特點。在利用SolidWorks進行實體造型上，可以通過改變草圖中的相關尺寸，生成一系列的實體圖，并且結合軟件的干涉檢查自動找出不足之處，很大程度上使設計更加簡便。 在裝配過程中采用SolidWorks軟件可以方便、快捷的完成減速器運轉(zhuǎn)的動畫演示，同時SolidWorks軟件還可以對減速器機構的各個零件進行爆炸演示，這樣可以大大提高演示效果，也提高了可欣賞性和藝術性，既方便了演示又可使觀看者很容易理解裝配過程。 致謝 本論文是在指導老師杜老師和卞老師的悉心指導和幫助下完成的，從軟件的學習、減速器結構參數(shù)的分析、機構構件的設計以及裝配過程中問題的解決指導老師都給予了殷切指導和關注，并提出許多中肯的建議，使論文和模擬演示得以最終完善。指導老師學識淵博，治學嚴謹，開拓進取、責任心強，畢業(yè)設計期間，我除了學到許多專業(yè)知識外，還從導師身上學到對工作高度負責的精神和對知識一絲不茍的態(tài)度。所有這些都將使我受益終生。在此，我要衷心感謝我的指導老師，感謝他們在指導我做畢業(yè)設計期間對我們無私的關懷和耐心細致的指導，同時，也衷心的感謝在畢業(yè)設計期間關心、支持、幫助過我的全體同學！并向他們致以崇高的敬意！ 參考文獻 [1] 宋愛平《CAD/CAM技術綜合實訓指導書》機械工業(yè)出版社,2006 [2] 王隆太《機械CAD/CAM技術》機械工業(yè)出版社,2004 [3] 曹巖,趙汝嘉《Solidworks2003基礎篇》機械工業(yè)出版社,2003 [4] 胡仁喜,郭軍《Solidworks2005高級應用實例》機械工業(yè)出版社,2005 [5] 鄭文緯,吳克堅《機械原理》(第七版) 高等教育出版社,1996 [6] 孫桓《機械設計》(第八版) 高等教育出版社,2000 [7] 陸品，秦彥斌《機械原理》（第六版）西安大學出版社 2008 [8] 陸杰《機械設計基礎》清華大學出版社 2005 [9] 師忠秀《機械原理課程設計》機械工業(yè)出版社2003 [10] 邢啟恩《SolidWorks2007國標工程圖精粹 》機械工業(yè)出版社2007 [11] 魏錚《SolidWorks2004模具設計》魏錚 機械工業(yè)出版社 2008 [12] 詹維迪《SolidWorks高級應用教程》機械工業(yè)出版社2008 [13] 濮良貴,記名剛 <<機械設計>>高等教育出版社 2005 [14] 陳立德<<機械設計基礎課程設計>> 高等教育出版社 2005 [15] 龔佳義 <<機械設計課程設計圖冊>>高等教育出版社 1987 [16]黃曉燕,李德群 基于SolidWorks和Excel的漸開線圓柱齒輪的設計 機械設計與制造 ,2008年 02期 [17] 梁立軍, 張威, 譚威. 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