基于SOLIDWORKS的雙極三軸圓柱齒輪減速器的設(shè)計

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1、 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(shè)計 4 2.1 傳動簡圖說明 4 2.2 設(shè)計原始數(shù)據(jù) 5 2.3 機(jī)構(gòu)傳動比分配及電機(jī)的選擇 5 2.6 滾動軸承的選擇 11 2.7 軸的尺寸設(shè)計 11 2.7.1 軸1的設(shè)計 11 2.7.2 軸2的設(shè)計 11 2.7.3 軸3的設(shè)計 11 2.7.4 各軸的結(jié)構(gòu)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

2、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(gòu)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(jié)構(gòu)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(biāo)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(jié)束語 19 致謝 20 參考文獻(xiàn) 21 1 緒

3、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(jī)及資料仿制，品種少、結(jié)構(gòu)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(chǔ)上自行設(shè)計。沈陽變壓器廠、華通開關(guān)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(jìn)行了改型設(shè)計，形成了新的減速器系列。0年代后，沈陽變壓器研究所

4、先后組織了多次全國統(tǒng)一設(shè)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(shè)計、試制，提高了產(chǎn)品的技術(shù)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(shù)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(jìn)行改進(jìn)和完善，我國已具有當(dāng)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(jī)和工作機(jī)之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速

5、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(yīng)根據(jù)工作機(jī)的選用條件，技術(shù)參數(shù)，動力機(jī)的性能，經(jīng)濟(jì)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(biāo)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(shè)計的不同結(jié)構(gòu)的減速器；減速器的型式是在基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(shè)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(jī)械

6、傳動裝置。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機(jī)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(jī)圓錐——圓柱齒輪或者齒輪——蝸桿減速機(jī)系列產(chǎn)品.在各類專用傳動裝置的開發(fā)機(jī)制造方面，國內(nèi)近幾年取得的明顯的進(jìn)展，如重慶齒輪箱有限責(zé)任公司生產(chǎn)的MDH28型磨機(jī)邊緣驅(qū)動傳動裝置，其最大功率已達(dá)7000KW，傳動轉(zhuǎn)矩達(dá)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(dá)180噸。由杭州前進(jìn)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(dá)6250KW。由南京高精齒輪股份有限公司及重慶齒輪箱有

7、限公司生產(chǎn)的里磨系列齒輪箱最大功率已達(dá)3800KW，由西安重型機(jī)械研究所、洛陽重重齒輪箱有限公司、荊州巨鯨傳動機(jī)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(yīng)用，其中西安重型機(jī)械研究所開發(fā)的水泥行業(yè)輥壓機(jī)懸掛系列行星齒輪箱的輸入功率已達(dá)1250KW，用于鋁造軋機(jī)的行星齒輪箱有司責(zé)任公司、杭州前進(jìn)出論箱有限公司、西安重型機(jī)械研究所開發(fā)的風(fēng)力發(fā)電增速箱系列產(chǎn)品也逐步取代進(jìn)口產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)。 國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)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

8、，體積和重量問題，也未解決好。最近報導(dǎo)，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(jié)構(gòu)上與本項目類似或相近，都為目前先進(jìn)的齒輪減速器。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進(jìn)材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還在傳動原理和傳動結(jié)構(gòu)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(jī)的連體結(jié)構(gòu)，也是大力開拓的形式，并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)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(jī)器人等領(lǐng)域中，微型發(fā)動機(jī)已基本研制成功，美國和荷蘭近期研制的分

9、子發(fā)動機(jī)的尺寸在納米級范圍，如能輔以納米級的減速器，則應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。減速器業(yè)涉及的產(chǎn)品類別包括了各類齒輪減速機(jī)、行星齒輪減速機(jī)及蝸桿減速機(jī)，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(fù)合傳動裝置等，產(chǎn)品服務(wù)領(lǐng)域涉及冶金、有色、煤炭、建材、船舶、水利、電力、工程機(jī)械及石化等行業(yè)。其作為傳動機(jī)械行業(yè)里的一個重要的分支，在機(jī)械制造領(lǐng)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(jì)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(jìn)步。 1.2 實體造型軟件的選擇 功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點，使得SolidWorks 成為領(lǐng)

10、先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)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(shè)計者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，設(shè)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(lǐng)導(dǎo)者?！痹跓o與倫比的設(shè)計功能和易學(xué)易用的操作，使用SolidWorks ，整個產(chǎn)品設(shè)計是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計、裝配設(shè)計和工程圖之間

11、的是全相關(guān)的。強大的繪圖自動化強化性能使得設(shè)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(shè)計工程師第一次能夠為零件種類多、數(shù)量龐大和配置復(fù)雜的多個項目生成一個單一的材料清單，這是加速設(shè)計到生產(chǎn)的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其他重要的新的制圖自動化包括自動序號標(biāo)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

12、。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(jìn)行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測。用智能零件技術(shù)自動完成重復(fù)設(shè)計。智能零件技術(shù)是一種嶄新的技術(shù)，用來完成諸如將一個標(biāo)準(zhǔn)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(shù)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(guān)系或與其他零件具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的零件）的新的零部件。 SolidWorks

13、 用捕捉配合的智能化裝配技術(shù)，來加快裝配體的總體裝配。智能化裝配技術(shù)能夠自動地捕捉并定義裝配關(guān)系.olidWorks 提供了生成完整的、車間認(rèn)可的詳細(xì)工程圖的工具。工程圖是全相關(guān)的，當(dāng)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(biāo)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(shù)，可以將工程圖與三維零件和裝配體脫離，進(jìn)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(guān)。 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

14、序。交替位置顯示視圖是專門為具有運動關(guān)系的裝配體而設(shè)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(shè)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(shè)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(fù)雜的曲面?？梢灾庇^地對曲面進(jìn)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(yù)覽三維輕量化模型的技術(shù)，使得大裝配模型的顯示速度進(jìn)一步提高。同

15、時，支持在設(shè)計界面下的真三維顯示效果，達(dá)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(jìn)行顯示、編輯，進(jìn)行運動仿真。強化了SWIFT技術(shù)。在 SolidWorks 2007 已經(jīng)推出的Sketch Expert、Mate Expert和Feature Expert的基礎(chǔ)上，又推出了Corner Expert（在復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。最大限度地減少客戶的重復(fù)操作，使用戶在使用過程

16、中，更加專注于設(shè)計本身。SolidWorks以往的版本中已經(jīng)加入了CosmosXpress，讓工程師在設(shè)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(jìn)行設(shè)計驗證。為了更好地滿足設(shè)計要求，SolidWorks作為最先進(jìn)的實體造型軟件成為設(shè)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(shè)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(shè)計計算減速器各個結(jié)構(gòu)的尺寸。從

17、而運用實體造型軟件SolidWorks繪制出實體，檢查減速器設(shè)計尺寸的合理性，并進(jìn)行模擬運動仿真。 2 減速器的參數(shù)設(shè)計 2.1 傳動簡圖說明 電機(jī)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(jī)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(jìn)) 圖1 1:電動機(jī) 2:聯(lián)軸器 3:減速器 4:聯(lián)軸器 5:帶式運輸機(jī) 6:開式齒輪 7:鼓輪 2.2 設(shè)計原始數(shù)據(jù) 1．運輸機(jī)鼓輪上的圓周力10000N 2．運輸機(jī)輸送帶速度0.375m/s 3．運輸機(jī)鼓輪直徑500m 4．運

18、輸帶速度允許偏差為5% 5．減速器的設(shè)計壽命為5年 6．工作情況:二班制,連續(xù)工作 2.3 機(jī)構(gòu)傳動比分配及電機(jī)的選擇 設(shè)工作機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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

19、/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(shè)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(jī)可選,考慮到電機(jī)的轉(zhuǎn)速越低電機(jī)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(jī) 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.

20、456,ih=il.1.4=4.838 設(shè)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(shè)各軸所承受的轉(zhuǎn)矩分別為T1,TII,TIII 則: TI=9550.pI

21、/nI=45.34N.m TII=9550.pII/ nII=210.59N.m TIII=9550.pIII/nIII=698.7N.m 計算結(jié)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(shè)計參數(shù) 2.4 傳動齒輪的尺寸設(shè)計 2.4.1 高速級齒輪的參數(shù)設(shè)計 設(shè)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

22、=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(shè)計 設(shè)小齒輪分度圓直徑為d1t ,則 d1t≥ （1） 取載荷系數(shù)kt=1.6 ,β=14 ,壓力角α=20 查表得 ZH=2.43 , εα1=0.77 , εα2=0.865 則εα=εα1+εα=1.635 T小輪=9.551000000PI/ nI=4510N.m 設(shè)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(shè)兩齒輪應(yīng)力

23、循環(huán)次數(shù)分別為N1,N2 則N1=60nI jlh=609601536516=1.681000000000 N2=N1/ih=3.4710000000 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(shè)兩齒輪的疲勞極限應(yīng)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(shè)許用接觸用力為[бH] [бH]= ([бH]1+[бH]2)/2 [бH]1=KHN1.бlim1/S=0.91600=546MPa, [бH]2=KHN2.бlim2/S=0.9555

24、0=522.5MPa 則[бH]=([бH]1+[бH]2)/2=534.25MPa 設(shè)小齒輪分度圓直徑為d1t 由上可知 d1t≥√21.60.4510000/(1.351)5.838/4.838(189.82.433/534.25) =45.81mm 設(shè)小齒輪圓周速度為V, 則 V=3.14 d1t nI/ (601000) 2.3m/s 設(shè)齒寬為b ,則 b=Φd d1t=45.81mm 設(shè)模數(shù)為mnt, 則 mnt= d1tcosβ/ Z1=45.81cos14/26=1.70 齒高h(yuǎn)=(1+2.5) mnt=2.251.6=3.825mm 齒輪縱向重合度

25、 εβ=0.318Φd Z1tanβ=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(shè)按實際的載荷系數(shù)校正算得的分度圓直徑為d1,則: d1= d1t√ K/Kt=45.81√1.36/1.6=43.39mm 計算模數(shù) mn mn= d1cosβ/ Z1=43.39cos14/26=1.61 按齒根彎曲疲勞強度計算 mn≥√2KT1.Yβ.COSβ.YFa.Ysa/(Φd. Z1.εα[

26、бF]) （2） 設(shè)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=10.81.321.2=1.27 螺旋角影響系數(shù)Yβ=0.87 計算當(dāng)量齒數(shù): ZV1=Z1/ cosβ=26/ cos14=28.48 ZV2=Z2/ cosβ=126/ cos14=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(yīng)力 設(shè)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.

27、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=2.531.63/312=0.0131 YFa2. YSa2/[бF]2=2.141.83/301.7=0.0129 取兩者中的較大值0.0131 mn≥√21.270.451000000.87 COS14/(1261.661.35) =1.1 參照模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)表mn取為2 a= (Z1+ Z2).

28、mn/(2.cosβ)=156.7mm 圓整后取155mm 修正角β β1==arcos((Z1+ Z2).mn/2 .a)=11.291 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(shè)計 取Z3=28,則Z4= Z3. il=283.456=96.7 圓整后Z4取97 T小齒輪=9.551000000pII/ nII=

29、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(yīng)力循環(huán)次數(shù)N3=60198.43jlh=3.5100000000 N4= N3/ il=1.1100000000 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(shè)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(shè)兩齒輪的疲勞極限為бlim3=600 , бlim4=550 安

30、全系數(shù)S取為1 設(shè)兩齒輪接觸疲勞許用應(yīng)力分別為[бH]3 , [бH]4 [бH]3= KHN3бlim3/S=564 , [бH]4= KHN4бlim4/S=533.5 [бH]= ([бH]3+ [бH]4)/2=548.75 d3t ≥√(21.61.984)100000/(11.645)4.456/3.456((189.82.433)/548.75)=70.6mm 大齒輪圓周速度V4=3.14d3tnIII/601000=0.73m/s 齒輪寬度b=Φdd3t=70.6mm 模數(shù)mnt= d3t.COSβ/Z3=70.6cos14/28=2.46 齒高h(yuǎn)=2.25m

31、nt=5.54mm 齒輪縱向重合度εβ=0.318ΦdZ3tanβ=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=KAKVKHαKHβ=2.05 校核分度圓直徑: d3=d3t√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≥√2KT1.Yβ.COSβ.YFa.Ysa/(Φd. Z1.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

32、 設(shè)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(shè)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(shè)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≥√2KT1.Yβ.COSβ.

33、YFa.Ysa/(Φd. Z1.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)=15.9423 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=Φdd4=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(jié)構(gòu)簡圖 圖2 軸2大齒輪

34、 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(jī)的型號是Y132M1-6,可知電動機(jī)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=698.71000N.m ，nIII=57.42r/min，取A0=112 初估軸III的最小直徑：d3min= A0√pIII/ nIII=46.8mm 由TIII及d3min可選型號為HL4的J型聯(lián)軸器

35、 2.6 滾動軸承的選擇 初估3個軸的最小直徑 d1min= A0√p1/ n1=18.7mm d2min= A0√p2/ n2=31.4mm d3min= A0√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(shè)計 2.7.1 軸1的設(shè)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

36、 軸2的設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)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108，鍵長L1=L-(5～10),

37、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149. 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149. 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1811，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

38、為149. 鍵長L1=L-(5～10)，L=82mm, 靠系列L1取為70mm 3 構(gòu)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(shè)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 =698.71000N.m, 齒輪分度圓直徑為302.6mm Fte=2 TIII/d=4618N , Fr= Fte.tan20/ cosβ=1748N , Fae=Fte.tanβ 把空間力系分解在水平方向和鉛直方向

39、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= Fte130/(130+72.5)=2964.6N , Fr2h= Fte－Fr1h=1653.4N Fr1=√Fr1v + Fr1h=3374N, Fr2=√Fr2v + Fr2h=1658.5N 取e=0.43 則Fd1=e. Fr1=1451N ,

40、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(yīng)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(yīng)的數(shù)值是0.38和0.40 e2=(0.02

41、3－0.015)/(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(yīng)的數(shù)值分別為1.23和1.30 利用線性插值法得: Y

42、1=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(0.443374＋1.2831967.5)=4409.7 , P2=1.11658.5=1824.35 因為P1>P2,所以按P1計算: Lh=1000000/(6057.42)(721000/4409.7)=174423小時 實際使用壽命為Lh＇=536528=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

43、,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=4.885100000N.m 圖14 扭矩圖 бca=√(M/W)＋4(α.T/2W)=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 bh=1610 鍵與輪

44、轂槽的接觸高度k=0.5h=5 ,T=698.7 , бp=2698.71000/(55780)=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(jié)構(gòu)簡圖 5 減速器附件的選擇及結(jié)構(gòu)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～

45、6)D4,B2=0.5(B+B1),R=5,H根據(jù)要求自行設(shè)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(biāo)M16 圖19 油標(biāo)結(jié)構(gòu)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=

46、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-(1

47、0～15)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(yīng)的鍵槽中,接著安裝對應(yīng)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(yīng)先在其一側(cè)安裝軸承端蓋用來定位各軸.然后把各軸裝配在對應(yīng)的各個軸孔中,最后把另一側(cè)的軸承端蓋安裝上.用螺栓把箱座與箱蓋裝配完后應(yīng)安裝油標(biāo),窺視孔蓋,通氣孔等附件. 6 結(jié)束語 本文詳細(xì)介紹了雙級三軸線圓柱齒輪減速器的設(shè)計過程，在設(shè)計過程中，詳細(xì)介紹了各個機(jī)構(gòu)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(shè)計的特點。在利用SolidWorks進(jìn)行實體造型上，可以通過改變草圖中的

48、相關(guān)尺寸，生成一系列的實體圖，并且結(jié)合軟件的干涉檢查自動找出不足之處，很大程度上使設(shè)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(jī)構(gòu)的各個零件進(jìn)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(shù)性，既方便了演示又可使觀看者很容易理解裝配過程。 致謝 本論文是在悉心指導(dǎo)和幫助下完成的，從軟件的學(xué)習(xí)、減速器結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析、機(jī)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計以及裝配過程中問題的解決指導(dǎo)老師都給予了殷切指導(dǎo)和關(guān)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(dǎo)老師學(xué)識淵博

49、，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，開拓進(jìn)取、責(zé)任心強，畢業(yè)設(shè)計期間，我除了學(xué)到許多專業(yè)知識外，還從導(dǎo)師身上學(xué)到對工作高度負(fù)責(zé)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(dǎo)老師，感謝他們在指導(dǎo)我做畢業(yè)設(shè)計期間對我們無私的關(guān)懷和耐心細(xì)致的指導(dǎo)，同時，也衷心的感謝在畢業(yè)設(shè)計期間關(guān)心、支持、幫助過我的全體同學(xué)！并向他們致以崇高的敬意！ 參考文獻(xiàn) [1] 宋愛平《CAD/CAM技術(shù)綜合實訓(xùn)指導(dǎo)書》機(jī)械工業(yè)出版社,2006 [2] 王隆太《機(jī)械CAD/CAM技術(shù)》機(jī)械工業(yè)出版社,2004 [3]

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