軸裝式二級圓柱齒輪減速器設(shè)計說明書

1、<p>　　基于Pro/E的軸裝式二級圓柱齒輪減速器設(shè)計</p><p>　　摘要：二級圓柱齒輪減速器的作用就是在執(zhí)行機構(gòu)之間進行速度轉(zhuǎn)變，這一作用在當今機械設(shè)計中應(yīng)用非常廣泛。本研究論文的內(nèi)容是根據(jù)二級減速器的工作參數(shù)，選擇出電動機，計算軸之間的傳動比，對軸進行結(jié)構(gòu)設(shè)計并計算出相應(yīng)數(shù)據(jù)，選擇聯(lián)軸器、軸承等標準件，校核軸的彎扭合成強度，對相應(yīng)的鍵進行強度校核，并對軸承進行壽命計算，確定減速器傳動部分的潤

2、滑和密封方式，選擇油標，油塞，視孔蓋，通氣罩等減速器附件。對減速器進行整體設(shè)計，運用AutoCAD二維繪圖軟件繪制零件裝配圖，利用Pro/ENGNEER軟件對減速器各個零部件進行三維建模和裝配以及運動仿真。</p><p>　　關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計； 軸裝式減速器；　Pro/E</p><p>　　The two level cylindrical shaft-mounted gear re

3、ducer design based on</p><p><b>　　Pro / E</b></p><p><b>　　WANG Qi</b></p><p>　　College of Engineering and Technology，Southwest University，Chongqing 400716，Ch

4、ina</p><p>　　Abstract：The role of the two cylindrical gear reducer is to transmit torque between the implementing agencies， this role is widely used in today's mechanical design.The design of the main de

5、sign programming is based on the two level cylindrical shaft-mounted gear reducer data parameters， choose the motor， calculated the transmission between shafts. Design the structure of the shafts and calculate the releva

6、nt data， choose couplings and shafts etc standard parts， check-axis bending and torsion sy</p><p>　　Key Words: Parametric design；Shaft-mounted gear reducer；Pro/E；</p><p><b>　　0 文獻綜述</b&

7、gt;</p><p>　　二級圓柱齒輪減速器的作用就是在執(zhí)行機構(gòu)之間傳遞轉(zhuǎn)矩，這一作用在當今機械設(shè)計中應(yīng)用非常廣泛。按用途來區(qū)分，減速器可分為兩大類，分別為通用減速器和專用減速器，而這兩種減速器從設(shè)計、制造和使用特點來看都不相同。</p><p>　　減速器的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩，是一種相對比較精密的工作機械。減速器是一種閉式傳動裝置，它的原動機和工作機之間是相對獨立的，這樣就可以用

8、來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，而增速器就是在某些場合用來增速的一個傳動裝置。減速器的選擇應(yīng)該根據(jù)工作機工作的技術(shù)參數(shù)還有工作條件、性能、經(jīng)濟性等各方面因素綜合選擇，從不同減速器的質(zhì)量，傳動效率，承載能力，外廓尺寸等因素中，選擇最適合用作本工作機的減速器。</p><p>　　減速器是我國重型裝備業(yè)的核心傳動部件，在我國國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域中具有相當重大的作用，例如交通、現(xiàn)代科研、國防、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在20世紀60年代，我國

9、制定了一批通用減速器的生產(chǎn)的標準。但是，在那個年代生產(chǎn)的減速器大多數(shù)都是參照著前蘇聯(lián)40到50年代的技術(shù)標準生產(chǎn)制造的，雖然我們也有所發(fā)展和進步，但是局限于那個年代的設(shè)計、裝備條件以及生產(chǎn)工藝的標注，當時我國的減速傳動設(shè)備與國際水平有著相當大的差距。</p><p>　　但是伴隨著改革開放，我國從外國引進了一批先進的加工設(shè)備，并伴隨著不斷從國外引進和學習它們的先進的生產(chǎn)技術(shù)以及相應(yīng)的科研攻關(guān)的成果，逐漸開始掌握各

10、種高速和低速的重載齒輪的設(shè)計和相應(yīng)的制造技術(shù)。但是在這一發(fā)展期間，以德國、法國、日本為首，這些國家所生產(chǎn)制造的的傳動設(shè)備，紛紛登陸我國，企圖趁這一事件占領(lǐng)我國減速機的中高端市場。國外硬齒面技術(shù)已日趨成熟。采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件、滲碳淬火磨齒的硬齒面齒輪，精度不低于ISO1328-1975的6級，綜合承載能力為中硬齒面調(diào)質(zhì)齒輪的3～4倍，為軟齒面齒輪的4～5倍。一個中等規(guī)格的硬齒面減速器的重量僅為中硬齒面減速器的1/3左右，且噪聲低、效率高、

11、可靠性高。功率分支技術(shù)主要用于行星及大功率雙分支以及多分支裝置，如中心傳動講的水泥磨主減速器。其核心技術(shù)是均載。</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，齒輪行業(yè)有了十分明顯的進步。為了提高國產(chǎn)減速器在國內(nèi)市場的占有率，同時也是為了創(chuàng)造我們民族的自主品牌，通過企業(yè)重組改制，調(diào)整企業(yè)的產(chǎn)品改制，私有企業(yè)的發(fā)展，中外合資等各種方法，我國整體的齒輪行業(yè)的結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，行業(yè)競爭力不斷增強，技術(shù)的進步不斷加快。而就在近幾年

12、中，國內(nèi)的某些大型的減速機生產(chǎn)廠家還就建筑工程生產(chǎn)制造的設(shè)備所需，研發(fā)出了路面開鑿機、壓路機、打夯機等大功率的齒輪減速器；以及能夠適應(yīng)在礦山或者在井下作業(yè)所需要的齒輪減速器；能夠在高溫高壓的環(huán)境中工作的行星系列減速器。</p><p>　　在江蘇，一種專用套裝型減速器研制成功，它應(yīng)用于起重設(shè)備傳輸，這一研制成果，引起了國內(nèi)外機械制造的廣泛關(guān)注。 這種傳動設(shè)備的技術(shù)關(guān)鍵在于在其動力與傳動部位的連接裝置上，區(qū)別于傳統(tǒng)

13、的軸連接器傳輸，它應(yīng)用的是國外特制的花鍵連接傳輸，它的核心的部件的平行度、精確度、同心度都已經(jīng)達到了國際上領(lǐng)先的水平。跟國內(nèi)同類型的減速器不同的是，這一類型的減速器造價僅國內(nèi)同類設(shè)備的三分之一。但是，這種新型設(shè)備使用的材料僅為同類型的減速器的三分之二，但是體積卻縮小了將近三分之一，效率提高了將近60％以上，噪音卻降低了將近十分貝。</p><p>　　世界的齒輪技術(shù)有了很大的發(fā)展，而產(chǎn)品的發(fā)展趨勢是高速化，小型化

14、，低噪聲，高可靠度。而技術(shù)發(fā)展則有三大趨勢，硬齒面技術(shù)，功率分支技術(shù)，模塊化技術(shù)。還有其他例如加工檢測，精度提高，材料和熱處理的質(zhì)量控制等技術(shù)也在不斷地提高。以FLENDER公司為例，同樣的或接近的中心距的樣本的額定功率95年就要比88年的提高了約10%～20%，而97年的樣本的額定功率要比95年提高了約20%。而在模塊設(shè)計方面，以比利時的HANSEN公司為例，HANSEN公司是最早在80年代的減速器中應(yīng)用模塊化技術(shù)，開發(fā)出HPP系列。

15、住友公司引進了HANSEN公司的HPP技術(shù)并加以推廣。而HPP技術(shù)的中心距等主要參數(shù)都采用了R20優(yōu)先數(shù)， 這樣一來就就大大減少了主要件的品種規(guī)格， 部分實現(xiàn)了模塊化設(shè)計，我國的幾個標準基本上都以此為母型開發(fā)的。但是這類方法的缺點就是模塊化程度仍舊不高，零件難以形成大的批量。</p><p>　　在90年代的時候，F(xiàn)LENDER公司徹底甩掉舊有的系列體制， 按模塊化的設(shè)計方法開發(fā)出了新的方形的H—B系列模塊設(shè)計。

16、HANSEN公司又放棄了已經(jīng)成熟的多面安裝的HPP的長方外形，進而開發(fā)出了P4系列，但是小規(guī)格仍繼承了HPP的中心距。</p><p>　　Sew（Santa Salo）公司則在繼續(xù)保留原優(yōu)先數(shù)中心距的產(chǎn)品之外， 在中小常用規(guī)格開發(fā)出M系列的模塊設(shè)計方法。</p><p>　　住友公司仍然采用的是HPP的外形， 采用25°的齒形角， 2、3、4級用同樣的箱體的辦法， 開發(fā)出800

17、0系列。</p><p>　　90年代ISO開始起草ISO/WD13593工業(yè)閉式齒輪傳動裝置，ISO標準的制訂， 必將進一步規(guī)范世界減速器行業(yè)的行為， 促進減速器技術(shù)的發(fā)展。</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　本論文的內(nèi)容包括傳動裝置總體設(shè)計，傳動參數(shù)的計算選擇，電動機的選擇，運動參數(shù)計算，齒輪的傳動設(shè)計，齒輪

18、的基本尺寸確定，高速軸、中間軸、低速軸的尺寸設(shè)計與校核，各軸承的選擇以及校核，軸裝式減速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，減速器各附件的選擇，減速器的潤滑和密封方式的選擇。結(jié)合AutoCAD二維的繪圖軟件，繪制出軸裝式二級圓柱齒輪減速器。運用Pro/Engineer對設(shè)計好的減速器各零件進行建模，對減速器進行裝配，進行減速器的運動仿真以及運用AutoCAD繪制減速器裝配圖和主要零件圖等。實現(xiàn)了對減速器進行優(yōu)化的舉措，完成軸裝式二級圓柱減速器的運動仿真，

19、實現(xiàn)了減速器的三維建模。</p><p><b>　　2 傳動方案的分析</b></p><p>　　2.1軸裝式二級圓柱齒輪減速器傳動方案</p><p>　　軸裝式二級圓柱齒輪減速器。傳動裝置簡圖如圖2.1。</p><p>　　圖2.1 軸裝式二級圓柱減速器傳動方案</p><p>　　F

20、ig.2.1 Shaft-mounted two cylindrical gear reducer transmission scheme</p><p>　　2.2軸裝式二級圓柱齒輪減速器的工作數(shù)據(jù)</p><p>　　(1) 螺旋筒軸上的功率　=3.2kw；</p><p>　　(2) 螺旋筒軸上的轉(zhuǎn)速　=36r/min；</p><p&g

21、t;　　(3) 工作情況 三班制單向連續(xù)運轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)；</p><p>　　(4) 使用折舊期 10年；</p><p>　　(5) 工作環(huán)境 室外，灰塵較大，環(huán)境最高溫度35℃；</p><p>　　(6) 動力來源 電力，三相交流，電壓380/220 V；</p><p>　　(7) 檢修間隔期 三年一次大修，二年一中

22、修，半年一次小修；</p><p>　　(8) 制造條件及生產(chǎn)批量，一般機械廠制造，單件生產(chǎn)。</p><p><b>　　3 電動機的選擇</b></p><p>　　3.1 電動機類型的選擇</p><p>　　我們按工作所需要的條件，來選用Y系列（IP44）全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機。該電動機的工作條件為：環(huán)

23、境溫度-15- +40℃，相對濕度不超過90%，電壓380V，頻率50HZ。</p><p>　　3.2 確定電動機功率</p><p>　　（1）電動機所需工作功率（kW）為：</p><p><b>　?。?-1） </b></p><p>　　工作機所需功率（kW）為3.2KW。</p><p&

24、gt;　?。?）傳動裝置的總效率為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　按《機械課程設(shè)計手冊》表2-4確定各部分效率為：</p><p>　　聯(lián)軸器效率為，閉式齒輪傳動效率，滾動軸承，卷筒效率，代入得</p><p><b>　　（3-3）</b></p>

25、;<p>　　所需電動機功率為 因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率略大于即可。由《機械課程設(shè)計手冊》表20-1，Y系列電動機技術(shù)數(shù)據(jù)，選電動機的額定功率為5kW。</p><p>　　3.3 確定電動機轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　滾筒軸工作轉(zhuǎn)速：</b></p><p>　　通常，二級圓柱齒輪減速器為，故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為：&l

26、t;/p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750r/min和1500r/min，其中減速器以1500r/min和1000r/min的優(yōu)先，所以現(xiàn)以這兩種方案進行比較。由《機械課程設(shè)計手冊》第二十章相關(guān)資料查得的電動機數(shù)據(jù)及計算出的總傳動比列于表3.1。</p><p>　　表3.1 額定功率為時

27、電動機選擇對總體方案的影響</p><p>　　Tab.3.1 Rated power too Motor Selection of the overall program</p><p>　　表3.1中，方案1與方案2相比較，綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量及總傳動比，為使傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，兼顧考慮電動機的重量和價格，選擇方案1，即所選電動機型號為Y160M-2。</p>

28、;<p>　　4傳動比分配的計算分配和運動動力參數(shù)運算</p><p><b>　　4.1 總傳動比</b></p><p>　　由書公式得總傳動比為 （4-1）</p><p>　　4.2 分配傳動裝置各級傳動比</p><p>　　帶傳動的傳動比

29、i1=2-4，取3，對于軸裝式二級圓柱齒輪減速器的，為了分配均勻取，計算得兩級圓柱齒輪減速器高速級的傳動比，低速級的傳動比，減速器的傳動比 為13.3。</p><p>　　4.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算</p><p><b>　?。?）電動機軸</b></p><p><b>　　（4-2）</b></p&

30、gt;<p><b>　　（2） 高速軸</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　（3） 中間軸</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　（4）

31、 低速軸</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　（5） 卷筒軸</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　運動和動力參數(shù)的計算結(jié)果加以匯總，如表3.2。</p><p

32、>　　表3.2 軸之間的參數(shù)</p><p>　　Tab.3.2 Shafts parameters</p><p>　?。?傳動零件的設(shè)計及計算</p><p>　　5.1 高速級直齒輪傳動的設(shè)計計算</p><p>　　5.1.1 選定高速齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)</p><p>　?。?）按以上的

33、傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。</p><p>　?。?）運輸機為一般工作，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）。</p><p>　?。?）材料選擇。由表10-1選得大、小齒輪的材料均為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48-55HRC。</p><p>　?。?）選小齒輪的齒數(shù)，大齒輪的齒數(shù)為，取。</p><p>　

34、　5.1.2 按齒面接觸強度設(shè)計</p><p>　　（1）由設(shè)計公式進行試算，即</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值，試選載荷系數(shù)</p><p>　?。?）由以上計算得小齒輪的轉(zhuǎn)矩</p><p>　?。?）查表及圖選取齒寬系數(shù)，材料彈性

35、影響系數(shù)，按齒面硬度的小齒輪的接觸疲勞強度極限。</p><p>　?。?）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　?。?）按接觸疲勞壽命系數(shù)</p><p>　　計算接觸疲勞許用應(yīng)力

36、的時，我們?nèi)∈Ц怕蕿?％，安全系數(shù)則為S=1，即</p><p><b>　　（5-4）</b></p><p>　　= （5-5）</p><p><b>　?。?） 計算</b></p><p>　　1) 帶入，求得小齒輪分度圓直徑的最小值為<

37、;/p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　2) 圓周速度 </p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　3) 計算齒寬</b></p><p><b>　　（5-8）</b

38、></p><p>　　4) 計算齒寬與齒高比 </p><p><b>　　模數(shù)</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　取模數(shù)2.5</b></p><p><b>　　齒高</b&

39、gt;</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　∴ （5-11）</p><p>　　5) 計算載荷系數(shù) </p><p>　　根據(jù)，7級精度，查得動載系數(shù)，對于直齒輪 ，查得使用系數(shù)用插值法查得7級精度小齒輪非對稱布置時，由，由，。

40、可查得。</p><p><b>　　載荷系數(shù) </b></p><p>　　6) 按實際載荷系數(shù)校正分度圓直徑 </p><p><b>　　（5-12）</b></p><p><b>　　7) 計算模數(shù)</b></p><p><b&g

41、t;　　（5-13）</b></p><p>　　5.1.3 按齒根彎曲強度計算</p><p>　　彎曲強度設(shè)計公式為： （5-14）</p><p><b>　?。?）確定各參數(shù)</b></p><p><b>　　1） 確定載荷系數(shù)</b

42、></p><p>　　2） 查圖得小齒輪的彎曲疲勞強度極限大齒輪的彎曲疲勞強度極限</p><p>　　3） 查圖取彎曲疲勞壽命系數(shù)</p><p>　　4） 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　5） 查取齒形系數(shù)。<

43、;/p><p><b>　　查表得 </b></p><p>　　6） 查取應(yīng)力校正系數(shù)。</p><p><b>　　查表得 </b></p><p>　　7） 計算大、小齒輪的并加以比較。</p><p><b>　?。?-16）</b></p

44、><p><b>　　小齒輪的數(shù)值大。</b></p><p><b>　　（2）設(shè)計計算</b></p><p><b>　?。?-17）</b></p><p>　　在我們對比計算結(jié)果的時候，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)m和由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)相差并不是很大，所

45、以在這里我們?nèi)藴手祄=2.5mm，取分度圓直徑，這樣算出小齒輪齒數(shù)，取z1=20，大齒輪齒數(shù) ，取。</p><p>　　這樣設(shè)計出的齒輪傳動，即滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。</p><p>　　5.1.4 幾何尺寸計算</p><p>　　（1）分度圓直徑： </p><p><b&

46、gt;　?。?-18）</b></p><p>　　（2）中心距： </p><p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　?。?）齒輪寬度：</b></p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>

47、;　　取 </p><p>　　5.2 低速級齒輪傳動設(shè)計</p><p>　　5.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)</p><p>　　（1） 按以上的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。</p><p>　?。?） 運輸機為一般工作，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）。</p><p

48、>　　（3） 材料選擇。由表10-1選得大、小齒輪的材料均為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48-55HRC。</p><p>　?。?）選小齒輪的齒數(shù)，大齒輪的齒數(shù)為，取。</p><p>　　5.2.2 按齒面接觸強度設(shè)計</p><p>　　由設(shè)計公式進行試算，即</p><p><b>　?。?-21）<

49、/b></p><p>　　確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值，試選載荷系數(shù)，由以上計算得小齒輪的轉(zhuǎn)矩，查表及其圖選取齒寬系數(shù)，材料的彈性影響系數(shù)。</p><p>　　按齒面硬度的小齒輪的接觸疲勞強度極限。</p><p>　　（1）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p><p><b>　?。?-22）</b></p>&

50、lt;p><b>　?。?-23）</b></p><p>　?。?）按接觸疲勞壽命系數(shù)</p><p>　　（3）計算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1％，安全系數(shù)S=1，即：</p><p><b>　　（5-24）</b></p><p>　　= （

51、5-25）</p><p><b>　　（4）計算：</b></p><p>　　1) 帶入，求得小齒輪分度圓直徑的最小值為</p><p><b>　?。?-26）</b></p><p>　　2) 圓周速度 </p><p><b>　　（5-27）&

52、lt;/b></p><p><b>　　3) 計算齒寬</b></p><p><b>　?。?-28）</b></p><p>　　4) 計算齒寬與齒高比</p><p>　　模數(shù)： （5-29）</p>

53、<p>　　齒高： （5-30）</p><p><b>　　∴</b></p><p>　　5) 計算載荷系數(shù)： </p><p>　　查得，動載系數(shù) ，對于直齒輪而言。查得使用系數(shù) ，用插值法查得7級精度小齒輪非對稱布置時，，由，，可查得。</p><p

54、><b>　　故載荷系數(shù)： </b></p><p>　　6) 按實際載荷系數(shù)校正分度圓直徑： </p><p><b>　　（5-31）</b></p><p>　　7）計算模數(shù)： </p><p>　　5.2.3按齒根彎曲強度設(shè)計</p><p>　　彎曲

55、強度設(shè)計公式為 （5-32）</p><p>　　確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值，我們通過查圖得到小齒輪的彎曲疲勞強度極限大齒輪的彎曲疲勞強度極限；</p><p>　　查圖取彎曲疲勞壽命系數(shù)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得</p><p><b&g

56、t;　?。?-33）</b></p><p>　　（1）計算載荷系數(shù)K。</p><p>　　（2）查取齒形系數(shù)。</p><p><b>　　查表得 </b></p><p>　　（3）查取應(yīng)力校正系數(shù)。</p><p><b>　　查表得 </b></

57、p><p>　?。?）計算大、小齒輪的并加以比較.</p><p><b>　　（5-34）</b></p><p><b>　　小齒輪的數(shù)值大。</b></p><p><b>　　（5）設(shè)計計算</b></p><p><b>　?。?-35）

58、</b></p><p>　　對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)m與由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)相差不大，取標準值m=2.5mm，取分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)，取24，大齒輪齒數(shù)，取。</p><p>　　這樣設(shè)計出來的齒輪傳動，就可以做到既滿足齒面接觸疲勞強度，又滿足齒根彎曲疲勞強度，并且也可以做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費材料。</p><p&g

59、t;　　5.2.4 幾何尺寸計算</p><p><b>　?。?）分度圓直徑 </b></p><p><b>　　（5-36）</b></p><p><b>　?。?）中心距 </b></p><p><b>　　（5-37）</b></p&

60、gt;<p><b>　?。?）齒輪寬度</b></p><p><b>　　取 </b></p><p>　　6 軸的設(shè)計計算及校核</p><p>　　6.1 高速軸的軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　6.1.1 高速軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計</p><p&

61、gt;　　根據(jù)結(jié)構(gòu)及使用要求，把該軸設(shè)計成階梯軸且為齒輪軸，共分七段，如圖6.1。</p><p>　　圖6.1 軸結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　Fig.6.1 Shaft structure chart</p><p>　　由于結(jié)構(gòu)及工作需要將該軸定為齒輪軸，因此其材料須與齒輪材料相同，均為合金鋼，熱處理為調(diào)制處理，材料系數(shù)為110。</p>&l

62、t;p>　　所以，有該軸的最小軸徑為： </p><p>　　考慮到該段開鍵槽的影響，軸徑增大5%，于是有</p><p><b>　　標準化取</b></p><p>　　其他各段軸徑、長度的設(shè)計計算依據(jù)和過程如表。</p><p>　　表6.1 高速軸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計</p><p>　　

63、Tab.6.1 High speed shaft structure size design</p><p>　　6.1.2高速軸的受力分析及計算</p><p>　　高速軸的受力模型簡化及受力計算如圖4.2。</p><p>　　圖6.2 軸的受力簡化圖</p><p>　　Fig.6.2 Shaft force simplifie

64、d diagram</p><p>　　L1=92.5 L2=192.5 L3=40</p><p><b>　　（6-1）</b></p><p>　?。?-2） （6-3）</p><p>　　6.

65、1.3高速軸軸承的壽命校核</p><p>　　鑒于調(diào)整間隙的方便，軸承均采用正裝.預(yù)設(shè)軸承壽命為3年即12480h.</p><p>　　校核步驟及計算結(jié)果如表。</p><p>　　表6.2 軸承壽命校核步驟及計算結(jié)果</p><p>　　Tab.6.2 Bearing life to check the steps and ca

66、lculations</p><p>　　由計算結(jié)果可見軸承6007合格.</p><p>　　6.2 中間軸的軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　6.2.1中間軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)幾使用要求該軸設(shè)計成階梯軸且為齒輪軸，共分五段，其中第II段和第IV段為齒輪，如圖4.3所示。</p><p>　

67、　圖6.3 中間軸的結(jié)構(gòu)草圖</p><p>　　Fig.6.3 The structure of the intermediate shaft simplified diagram</p><p>　　由于結(jié)構(gòu)及工作需要將該軸定為齒輪軸，因此其材料須與齒輪材料相同，均為合金鋼，熱處理為調(diào)制處理，取材料系數(shù) </p><p>　　所以，該軸的最小軸徑為：

68、 （6-4）</p><p>　　因鍵槽開在中間，其影響不預(yù)考慮，標準化取</p><p>　　其他各段軸徑、長度的設(shè)計計算依據(jù)和過程如表4.3。</p><p>　　表6.3 中間軸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計</p><p>　　Tab.6.3 Structure of the intermediate shaft size desig

69、n</p><p>　　6.2.2 中間軸的受力分析及計算</p><p>　　中間軸的受力模型簡化(見圖6.4)及受力計算</p><p>　　L1=51 L2=105.75 L3=106</p><p>　　圖6.4 軸的受力簡化圖</p><p>　　Fig.6.4 Sh

70、aft force simplified diagram</p><p>　　由中間軸的受力分析知</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　（6-6）</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p&

71、gt;<b>　?。?-8）</b></p><p>　　6.2.3中間軸軸承的壽命校核</p><p>　　鑒于調(diào)整間隙的方便，軸承均采用正裝.預(yù)設(shè)軸承壽命為3年即12480h.</p><p>　　校核步驟及計算結(jié)果如表。</p><p>　　表6.4 軸承壽命校核步驟及計算結(jié)果</p><p&

72、gt;　　Tab.6.4 Bearing life to check the steps and calculations</p><p>　　由計算結(jié)果可見軸承6007合格。</p><p>　　6.3 低速軸的軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　6.3.1低速軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)幾使用要求該軸設(shè)計成階梯軸，如圖

73、。</p><p>　　圖6.5 低速軸的受力草圖</p><p>　　Fig.6.5 Low speed shaft force simplified diagram</p><p>　　考慮到低速軸的載荷較大，材料選用45，熱處理調(diào)質(zhì)處理，取材料系數(shù) </p><p>　　所以，該軸的最小軸徑為： </p><p&

74、gt;　　考慮到該段開鍵槽的影響，軸徑增大6%，于是有：</p><p><b>　　標準化取</b></p><p>　　其他各段軸徑、長度的設(shè)計計算依據(jù)和過程如表。</p><p>　　表6.5 低速軸結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計</p><p>　　Tab.6.5 Low-speed shaft structure size

75、 of the design</p><p>　　6.3.2低速軸的受力分析及計算</p><p>　　低速軸的受力模型簡化及受力計算如圖。</p><p>　　圖6.6 軸的受力簡化圖</p><p>　　Fig.6.6 Shaft force simplified diagram</p><p>　　L1=71

76、.5 L2=119 </p><p>　　由低速軸的受力分析知</p><p>　　6.3.3低速軸軸承的壽命校核</p><p>　　鑒于調(diào)整間隙的方便，軸承均采用正裝。預(yù)設(shè)軸承壽命為3年即12480h。</p><p>　　校核步驟及計算結(jié)果如表。</p><p>　　表6.6

77、 軸承壽命校核步驟及計算結(jié)果</p><p>　　Tab.6.6 Bearing life to check the steps and calculations</p><p>　　由計算結(jié)果可見軸承6014AC、6007均合格，最終選用軸承6014。</p><p><b>　　6.4軸的強度校核</b></p><

78、;p>　　經(jīng)分析知如圖C、D兩處為可能的危險截面， 現(xiàn)來校核這兩處的強度。</p><p>　　圖6.7 軸的強度校核圖</p><p>　　Fig. 6.7 　Shaft force's strength check diagram</p><p><b>　?。?） 合成彎矩</b></p><p>

79、<b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　（2） 扭矩T圖</b></p><p><b>　?。?） 當量彎矩</b></p><p><b>　　（6-10）</b></p><p><b>　?。?） 校核</b&g

80、t;</p><p>　　由手冊查材料45的強度參數(shù)</p><p>　　C截面當量彎曲應(yīng)力：</p><p><b>　　（6-11）</b></p><p>　　由計算結(jié)果可見C截面安全。 </p><p>　　7

81、 各軸鍵、鍵槽的選擇及其校核</p><p>　　因減速器中的鍵聯(lián)結(jié)均為靜聯(lián)結(jié)，因此只需進行擠壓應(yīng)力的校核。</p><p>　　7.1高速級鍵的選擇及校核</p><p>　　帶輪處鍵：按照帶輪處的軸徑及軸長選鍵B8X7，鍵長50，GB/T1096。聯(lián)結(jié)處的材料分別為：45鋼(鍵) 、40Cr(軸)。</p><p>　　7.2中間級鍵的選

82、擇及校核</p><p>　　高速級大齒輪處鍵：按照輪轂處的軸徑及軸長選 鍵B14X9GB/T1096</p><p>　　聯(lián)結(jié)處的材料分別為：20Cr (輪轂) 、45鋼(鍵) 、20Cr(軸)，此時，鍵聯(lián)結(jié)合格。</p><p>　　7.3低速級鍵的選擇及校核</p><p>　　(1)低速級大齒輪處鍵：按照輪轂處的軸徑及軸長選鍵B22X

83、14，鍵長GB/T1096。聯(lián)結(jié)處的材料分別為：20Cr (輪轂) 、45鋼(鍵) 、45(軸)。其中鍵的強度最低，因此按其許用應(yīng)力進行校核，查手冊其</p><p><b>　　（7-1）</b></p><p><b>　　該鍵聯(lián)結(jié)合格</b></p><p>　?。?）聯(lián)軸器處鍵：按照聯(lián)軸器處的軸徑及軸長選 鍵16X

84、10，鍵長100，GB/T1096。聯(lián)結(jié)處的材料分別為：45鋼 (聯(lián)軸器) 、45鋼(鍵) 、45(軸)。其中鍵的強度最低，因此按其許用應(yīng)力進行校核，查手冊其</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　該鍵聯(lián)結(jié)合格。</b></p><p>　　8 減速器箱體及其附件的設(shè)計</p&g

85、t;<p>　　根據(jù)箱體的支撐強度和鑄造、加工工藝要求及其內(nèi)部傳動零件、外部附件的空間位置確定軸裝式二級齒輪減速器箱體的相關(guān)尺寸如下：（表中a=225）</p><p>　　表8.1 箱體結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　Tab.8.1 Box structure size</p><p>　　表8.2 減速器零件的位置尺寸</p>

86、<p>　　Tab.8.2 Reducer part position size</p><p><b>　　9潤滑及密封的選擇</b></p><p>　　9.1潤滑方式的選擇 </p><p>　　9.1.1齒輪潤滑的方式 </p><p>　　由于齒輪的圓周速度都小于12m/s，所以采用將大齒輪的輪齒

87、浸入油齒中進行浸油潤滑。浸油深度大于一個齒高，且小于大齒輪分度圓半徑的三分之一。由GB/T5903-1995（中負荷工業(yè)齒輪油）選取牌號為220，運動粘度為的潤滑油進行潤滑。</p><p>　　9.1.2軸承潤滑的方式</p><p>　　對于滾動軸承，軸承中的潤滑劑不僅僅可以降低摩擦阻力，還可以起到散熱、減少接觸應(yīng)力、吸收振動、繁殖銹蝕等作用。</p><p>

88、　　由于軸承轉(zhuǎn)速較低，軸承采用潤滑脂潤滑，選擇潤滑脂的填入量為軸承空隙體積的。由GB/T7324-1994（通用鋰基潤滑脂），選用ZL-2號潤滑脂進行軸承潤滑。</p><p>　　9.2密封方式的選擇</p><p>　　由于氈圈密封在接觸式密封中壽命較低，密封性能相對較差，但是簡單、經(jīng)濟、適用于脂潤滑軸承中。在初估軸徑時考慮軸的放大問題已經(jīng)考慮用氈圈密封，低速軸靠近聯(lián)軸器端選用氈圈60

89、，高速軸靠近聯(lián)軸器端選用氈圈20。</p><p>　　10 減速器主要部件的建模</p><p>　　三維建模的思路就是一個簡單的從二維到三維的過程。所以，我們在繪制三維實體特征的第一步就是繪制出三維實體特征的輪廓線，也可以稱為軌跡線。我們可以通過Pro/E的定義功能，偏移或者旋轉(zhuǎn)坐標系統(tǒng)中的任意坐標平面，經(jīng)過偏移或者旋轉(zhuǎn)后的空間平面，我們就可以將其定義為草圖平面。同樣的道理，我們也可以

90、將一個已經(jīng)生成的三維實體的一個平直平面作為一個基準平面，來進行偏移、旋轉(zhuǎn)等操作。這樣以來，通過以上的操作后所得到的空間平面我們也可以將其稱為草圖平面。此外還有一些其他的方法可以得到平面草圖，例如向量等特征定義等方法。通過以上的方法定義準確的草圖平面之后，我們就可以在這個草圖平面上繪制相應(yīng)的特征截形線。</p><p>　　10.1 軸類零件建模</p><p>　　軸類零件主要的作用是用來

91、支承傳動零件、承受載荷和傳遞扭矩的，因為結(jié)構(gòu)和形狀的都各不相同，所以軸就可以分成曲軸光軸、階梯軸和空心軸等等。而大多數(shù)的軸類零件都是旋轉(zhuǎn)體零件，軸向尺寸要比徑向尺寸大，而且根據(jù)結(jié)構(gòu)和工藝的雙重要求，軸有一些典型工藝結(jié)構(gòu)，如退刀槽、鍵槽、檔圈槽、中心孔、花鍵、倒角、螺紋等結(jié)構(gòu)。</p><p>　　我們利用旋轉(zhuǎn)的方式添加材料，我們選取封閉的輪廓外封閉邊線，選取旋轉(zhuǎn)中心軸，即可繪制出軸系零件的拉伸特征圖。我們通過選取

92、所需的長方邊，并且輸入邊長的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)倒角的特征，而倒圓角特征的實現(xiàn)則是通過選取所需棱為邊，輸人相應(yīng)的半徑參數(shù)，就可以完成軸零件的三維參數(shù)化設(shè)計中的倒角和倒圓角特征圖。</p><p>　　圖10.1 軸類零件的三維建模</p><p>　　Fig.10.1 The shaft of the 3 d modeling</p><p>　　10.2 齒輪類零件建模

93、</p><p>　　輪類零件主體的部分通常就是一組同軸線回轉(zhuǎn)體或者其平板拉伸板，而其內(nèi)部多為空心的結(jié)構(gòu)，厚度方向的尺寸要比其他兩個方向的尺寸要小。</p><p>　　輪類零件多用于連接、傳動、支承、防護和分度，所以有輪齒、鍵槽和齒槽等結(jié)構(gòu)。帶有軸孔和鍵槽的輪轂是“安裝部分”，輪齒部分可以看成是輪類零件的“工作部分”，但輪類零件總體構(gòu)形是相同的，唯一有變化的是工作的部分。</p&g

94、t;<p>　　打開Pro/E零件模板，新建一個軸零件草圖。</p><p>　　我們利用旋轉(zhuǎn)的方式來添加材料，選取封閉輪廓的外封閉的邊線，選取旋轉(zhuǎn)的中心軸，就可以繪制出輪類零件的拉伸特征圖。</p><p>　　然后用已有的齒輪數(shù)據(jù)利用加強筋的方式繪制出直齒輪的齒和齒厚的相關(guān)草圖。如圖7.2所示。</p><p>　　圖10.2 齒輪模型圖<

95、/p><p>　　Fig. 10.2 Wheel gear model diagram</p><p>　　10.３ 端蓋類建模</p><p>　　端蓋分為悶蓋和透蓋，悶蓋用于軸不透出表面，透蓋用于軸透出表面，通過旋轉(zhuǎn)和孔透出命令即可形成。如圖10.3和圖。10.4所示。</p><p>　　圖10.3 悶蓋的三維建模</p>

96、<p>　　Fig.10.3 Stuffy cover of 3 d modeling</p><p>　　圖10.4 透蓋的三維建模</p><p>　　Fig.10.4 Through the cover of 3 d modeling</p><p><b>　　10.４ 箱體建模</b></p><

97、;p>　　箱體為減速器的支撐部分，起保護和承載作用，在本設(shè)計中箱體采用的是整體式。對箱體的建模相對復(fù)雜，需通過“拉伸”、“旋轉(zhuǎn)”命令，再孔特征、筋特征和陣列特征等一系列相對繁瑣的步驟可生成箱體。箱體的三維建模如圖10.5所示。</p><p>　　圖10.5 箱體的三維建模</p><p>　　Fig.10.5 Box of the 3 d modeling</p>

98、<p>　　10.５ 軸承類零件建模</p><p>　　軸承采用分步建模然后在裝配，分別使用“旋轉(zhuǎn)”命令生成軸承內(nèi)圈、外圈和滾子，然后在組件下裝配，完成軸承的建模。軸承屬于標準件也可直接調(diào)用Pro/E標準零件庫。軸承的三維建模如圖10.6所示。</p><p>　　圖10.6 軸承的三維建模</p><p>　　Fig.10.6 Bearing o

99、f 3 d modeling</p><p><b>　　11 減速器的裝配</b></p><p>　　11.1 AutoCAD下的裝配圖</p><p>　　AutoCAD是美國Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動計算機輔助設(shè)計軟件，用于二維繪圖、詳細繪制、設(shè)計文檔和基本三維設(shè)計，具有完善強大的圖形繪制和編輯能力，其支持多種平臺、

100、通用性和易用性強的特點在全世界范圍內(nèi)吸引了不少客戶，現(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。本文運用AutoCAD繪制減速器裝配圖和主要零件圖。雖然科技進步，技術(shù)發(fā)達的今天，但在產(chǎn)品設(shè)計中二維的裝配圖還是畢不可少的?？傃b配圖如圖11.1所示。</p><p>　　圖11.1 減速器二維裝配圖</p><p>　　Fig.11.1 Reducer 2 d assembly drawing &

101、lt;/p><p>　　11.2 Pro/E下的裝配圖</p><p>　　減速器的三維裝配將使設(shè)計好的各零件的裝配關(guān)系直觀地展現(xiàn)在人們面前，同時在裝配過程中可以意識到設(shè)計中各個零部件的尺寸是否正確，外觀是否美觀等。</p><p>　?。?）減速器各軸的裝配</p><p>　　在Pro/E組件壞境下調(diào)用建模好的各個零件，按照設(shè)計思路和軸的結(jié)構(gòu)

102、對各軸進行裝配，軸的三維裝配圖如圖11.2、圖11.3、圖11.4所示。</p><p>　　圖11.2 高速軸的三維裝配圖</p><p>　　Fig.11.2 High speed shaft 3d assembly drawing</p><p>　　圖11.3 中間軸（蝸桿軸）的三維裝配圖</p><p>　　Fig.11.3

103、 Intermediate bearing 3d assembly drawing</p><p>　　圖11.4 低速軸的三維裝配圖</p><p>　　Fig.11.4 The low speed shaft 3d assembly drawing</p><p>　?。?）減速器整體裝配</p><p>　　在Pro/E組件壞境下以

104、箱體為載體調(diào)用已完成建模的所有零部件，完成減速器整體裝配。減速器三維裝配如圖11.5、11.6所示，減速器爆炸圖如圖11.7所示。</p><p>　　圖11.5 減速器的三維裝配圖1</p><p>　　Fig.11.5 The speed reducer 3 d assembly drawing 1</p><p>　　圖11.6 減速器的三維裝配圖2&l

105、t;/p><p>　　Fig.11.6 The speed reducer 3 d assembly drawing 2</p><p>　　圖11.7 減速器的三維爆炸圖</p><p>　　Fig.11.7 The speed reducer 3 d explosion figure</p><p>　　12 減速器的運動仿真</

106、p><p>　　創(chuàng)建機構(gòu)運動仿真操作是在裝配模式下進行的，運動仿真最大的優(yōu)點是將二維圖紙難以表達機構(gòu)運動變得直觀和易于理解，并且大大縮短設(shè)計周期和簡化設(shè)計的過程。</p><p>　　仿真的建立與裝配基本相同只是在連接方式上要采用銷釘連接，調(diào)出箱體，依次裝入裝配好的中間軸，高速軸和低速軸，各軸與箱體的連接方式采用銷釘連接。然后在機構(gòu)（如圖12.1所示）壞境中進行運動仿真。通過齒輪副定義各軸（如

107、圖12.2所示），輸入分度圓直徑或齒數(shù)以便達到減速的效果，最后定義伺服電機和動力輸入軸（如圖12.3所示），即可完成仿真的建立。如圖12.4。</p><p>　　圖12.1 進入機構(gòu)環(huán)境</p><p>　　Fig.12.2 Into the agency environment</p><p>　　圖12.2 齒輪副定義</p><p&

108、gt;　　Fig.12.2 Gear pair definition</p><p>　　圖12.3 伺服電機定義</p><p>　　Fig.12.3 Servo motor definition</p><p>　　圖12.4 運動仿真建立</p><p>　　Fig.12.4 The simulation establish

109、rendering</p><p>　　運動仿真建立以后，可以對運動軸進行各種運動分析，由于減速器最主要的是輸出速度，故本文對減速器輸入輸出軸的速度進行分析。分析結(jié)果如圖12.5和12.6所示。</p><p>　　圖12.5 輸入軸的轉(zhuǎn)速分析圖</p><p>　　Fig.12.5 The intput axis of rotation speed analy

110、sis figure</p><p>　　通過對輸入軸的轉(zhuǎn)速分析圖可知，輸入軸為勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為5450deg/sec，等于910r/min。符合設(shè)計。</p><p>　　圖12.6 輸出軸的轉(zhuǎn)速分析圖</p><p>　　Fig.12.6 The output axis of rotation speed analysis figure</p>

111、<p>　　通過對輸出軸的轉(zhuǎn)速分析圖可知，輸出軸為勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為47.92deg/sec，等于7.83r/min。設(shè)計要求輸出端的轉(zhuǎn)速為7.97r/min，誤差控制在5%以內(nèi)，故符合設(shè)計要求。</p><p><b>　　13 結(jié)論</b></p><p>　　本文運用Pro/E虛擬軟件和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，進行二級圓柱齒輪機構(gòu)的三維建模，對圓柱減速器的機構(gòu)的組

112、成及其內(nèi)部傳動部件，進行應(yīng)力應(yīng)變、裝配干涉、裝配仿真和運動仿真，最終生成二維工程圖，意識到三維建模才是真正意義上的機械傳動設(shè)計。</p><p>　　應(yīng)用Pro/E三維建模軟件的對圓柱齒輪參數(shù)化的設(shè)計可以盡可能的提高工作效率，比起傳統(tǒng)的二維空間繪圖有著不可比擬的優(yōu)勢。相對于傳統(tǒng)的設(shè)計軟件，許多零部件的不規(guī)則曲面，Pro/E軟件通過幾個簡單的操作就可以繪制出來，并且我們可以通過操作鼠標和鍵盤可以旋轉(zhuǎn)所創(chuàng)建的三位建模

113、，可以直觀的進行觀察。這樣一來，如果設(shè)計有缺陷，可是第一時間發(fā)現(xiàn)并加以改正。Pro/E還大大的縮短了設(shè)計的周期，提高可靠性，減少廢品率，從而降低了生產(chǎn)成本。而從設(shè)計方面來講，運用Pro/E進行設(shè)計可以加快出圖的速度以及質(zhì)量。通過Pro/E的內(nèi)置的一個優(yōu)化和裝配干涉的檢查，可是使設(shè)計的成功率提高。并且Pro/E還有著一個根據(jù)設(shè)計的重量以及表面積來自動生成相應(yīng)的材料的定額及表面處理的成本管理。所以，相對有傳統(tǒng)的繪圖方式，Pro/E以其方便，

114、快捷，成功率高，出圖率快占據(jù)著當今主流繪圖軟件的地位。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[01] 孫鐵波，劉碧俊，丁猛.基于Pro/E的斜齒圓柱齒輪參數(shù)化設(shè)計[J].裝備制造技術(shù)，2010(04)：10—17.</p><p>　　[02] 張展.齒輪減速器現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].水利電力機械，2001(01)：

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119、崔港. 齒輪參數(shù)化系統(tǒng)研究[J]. 機械設(shè)計與研究， 2011， 38(13)： 11—13.</p><p>　　[15] 《機械設(shè)計手冊》編委會.機械設(shè)計手冊 齒輪傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[16] 張強. 基于Pro/E 的圓柱齒輪減速器參數(shù)化CAD系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D]. 西安： 西安電子科技大學， 2009.</p><

120、p>　　[17]Faydor L.Litvin,lgnacio Gonzalez perez,Kenji Yukishimaetal. Design,simulation of meshing,and contacr stresses for an improved worm gear drive[J]. Mechanism and Machine Theory，2007，42(8)：940-959.</p><

121、;p>　　[18]T.-J.Yeh,Feng-kung Wu. Modeling and robust control of worm-gear driven systems[J]. Simulation Modeling Practice and theory, 2009, 17(5): 767-777.</p><p>　　[19] Gert Bär. CAD of worms and the

122、ir machining tools[J]. Computers & Graphics, 1990, 14(3-4): 405-411.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在臨近畢業(yè)的時候，我希望能夠借此機會來向在這大學四年學習生活中給予了我很多學習生活方面的指導和幫助的所有老師，來表達我由衷的敬意，非常感謝他們四年以來的辛勤的培養(yǎng)