基于solidworks的減速器的三維設計及其仿真

1、編號 重慶大學畢業(yè)設計題 目基于solidworks的減速器的三維設計及仿真學生姓名學 號系 部機電工程系專 業(yè)機械工程及自動化班 級指導教師二一二年五月重慶大學本科畢業(yè)設計（論文）誠信承諾書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）（題目：基于solidworks的減速器的三維設計及仿真）是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。作者簽名： 年 月 日 （學號）：完整的畢設，包括三維圖，二維圖，經(jīng)過嚴格的畢業(yè)答辯并取得優(yōu)秀，如有需要，請聯(lián)系qq 491748528基

2、于solidworks的減速器的三維設計及仿真摘 要本文主要研究的是基于solidworks的減速器的三維設計及仿真，利用solidworks軟件平臺首先進行零部件的建模，然后模擬仿真出減速器的工作過程。論文首先介紹了減速器在工業(yè)生產(chǎn)中的應用、特點以及分類，然后介紹了減速器的各零部件的結(jié)構(gòu)和尺寸的設計；接著利用solidworks軟件根據(jù)具體的計算參數(shù)對減速器進行三維建模，并且實現(xiàn)減速器的總體裝配；最后利用仿真軟件實現(xiàn)減速器的運動仿真。通過仿真結(jié)果表明了該設計是正確可行的。本設計是以solidworks軟件為主，通過減速器的各部件的設計計算，利用solidworks進行建模并完成整體裝配，然后

3、利用仿真插件進行運動仿真。通過仿真運動結(jié)果表明該設計是可行的。關鍵詞：減速器，solidworks，運動仿真3d design and motion simulation of gear reducer based on solidworksabstractthis paper mainly studies 3d design and motion simulation of gear reducer based on solidworks. firstly, the thesis introduces the application of reducer in industry produc

4、tion, characteristics and classification. then it introduces the reducer in all parts of the design in structure and size. next the paper introduces the way for modeling the three-dimensional model of reducer according to the specific parameters based on the solidworks software, and the realization

5、of speed reducer assembly. finally, by using the simulation software of gear reducer motion simulation, we find the design is correct and feasible. the design is based on the solidworks software, the we make the calculation of various parts of reducer. using solidworks modeling and complete the whol

6、e assembly, and the use the simulation motion. through the simulation of motion results show that the design is feasible.key words：cylindrical gear reducer; solidworks; simulation movement 目 錄摘 要iabstractii第一章 緒 論- 1 -1.1 減速器在工業(yè)生產(chǎn)中的應用- 1 -1.2圓柱齒輪減速器的特點以及它的發(fā)展趨勢- 1 -1.2.1 特點及使用環(huán)境- 1 -1.2.2 發(fā)展趨勢- 2 -1.

7、3 本課題研究的意義和基本內(nèi)容- 3 -第二章 減速器的總體設計方案- 4 -2.1 設計任務及要求- 4 -2.2 設計方案的確定- 4 -2.3 電動機的類型選擇- 5 -2.4 計算總傳動比及分配各級的傳動比- 5 -2.5 計算傳動裝置的傳動和動力參數(shù)- 5 -2.6 減速器齒輪傳動的設計計算- 6 -2.6.1高速級斜齒圓柱齒輪傳動的設計計算- 6 -2.6.2低速級斜齒圓柱齒輪傳動的設計計算- 8 -2.6.3 圓柱齒輪上的作用力的計算- 11 -2.7 軸設計以及各軸上鍵,軸承的選擇與校核- 11 -2.7.1 高速軸及鍵、軸承的設計及校核- 11 -2.7.2 中間軸及鍵、軸承

8、的設計及校核- 15 -2.7.3 低速軸及鍵、軸承的設計及校核- 18 -2.8 減速器附件的選擇及參數(shù)的設置- 22 -2.8.1 窺視孔及窺視孔蓋- 22 -2.8.2 放油孔及放油螺栓- 23 -2.8.3 油標- 24 -2.8.4 通氣器- 24 -2.8.5 減速箱的結(jié)構(gòu)尺寸- 24 -第三章 基于solidworks的減速器的零部件的三維建模- 26 -3.1 軸類零件的建模- 26 -3.1.1 高速軸、中間軸以及低速軸的建模- 26 -3.1.2 軸承以及端蓋的建模- 28 -3.1.3 擋油環(huán)的建模- 29 -3.2 齒輪的建模- 30 -3.3 鍵以及螺栓,螺母的建模-

9、 31 -3.4 箱蓋箱座的建模- 31 -3.5 通氣器,油標尺,放油螺栓等的建模- 35 -第四章 基于solidworks的減速器的虛擬裝配以及三維仿真- 36 -4.1 減速器的整體裝配- 36 -4.2爆炸圖- 38 -4.3 三維仿真以及動畫的導出- 39 -第五章 總結(jié)與展望- 41 -參 考 文 獻- 42 -致 謝- 43 -第一章 緒 論1.1 減速器在工業(yè)生產(chǎn)中的應用減速器在原動機和工作機或執(zhí)行機構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機械中應用極為廣泛。減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，兩者的設計、制造和使用特點各不相同。齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使

10、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。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。1.2圓柱齒輪減速器的特點以及它的發(fā)展趨勢1.2.1 特點及使用環(huán)境減速器包括平行軸系列、垂直軸系列、同軸式系列、三合一系列、擠塑機專用系列、齒輪減速電機系列及軸裝式系列，起重機用硬齒面系列、重載模塊化硬齒面系列。性能特點：1）中心距、公稱傳動比等主要參數(shù)均已優(yōu)化設計，主要零部件互換性好。2）齒輪均采用優(yōu)質(zhì)合金鋼經(jīng)滲碳

11、、淬火而成，齒面硬度達hrc54-62。3）體積小、重量輕、精度高、承載能力大、效率高、壽命長、可靠性高、傳動平穩(wěn)、噪聲低。 圓柱齒輪減速器的齒輪采用滲碳、淬火、磨齒加工，承載能力高、噪聲低；主要用于帶式輸送機及各種運輸機械，也可用于其它通用機械的傳動機構(gòu)中。它具有承載能力高、壽命長、體積小、效率高、重量輕等優(yōu)點，用于輸入軸與輸出軸呈垂直方向布置的傳動裝置中。圓柱齒輪減速器廣泛應用于冶金、礦山、起重、運輸、水泥、建筑、化工、紡織、印染、制藥等領域。1.2.2 發(fā)展趨勢20世紀70年代以來,世界減速器技術(shù)有了很大的發(fā)展。產(chǎn)品發(fā)展的總趨勢是小型化、高速化、低噪聲和高可靠性；技術(shù)發(fā)展中最引人注目的是

12、硬齒面技術(shù)、功率分支技術(shù)和模塊化設計技術(shù)。到20世紀80年代，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gb/t 10095.12008的6級，綜合承載能力為中硬齒面調(diào)制齒輪的34倍，為軟齒面齒輪的45倍。一個中等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、可靠性高。對通用減速器而言，除普遍采用硬齒面技術(shù)外，模塊化設計技術(shù)已成為其發(fā)展的一個主要方向。它旨在追求高性能的同時，盡可能減少零部件及毛坯的品種規(guī)格和數(shù)量，以便于組織生產(chǎn)、形成批量、降低成本、獲得規(guī)模效益。同時，利用基本零件，增加產(chǎn)品的形式和花樣，盡可能多地開發(fā)實用的變型設

13、計或派生系列產(chǎn)品，如由一個通用系列派生出多個專用系列；擺脫了傳統(tǒng)的單一有底座實心軸輸出的安裝方式，增添了空心軸輸出的無底座懸掛式、浮動支承底座、電動機與減速器一體式連接、多方位安裝面等不同形式，擴大了使用范圍。改革開放以來，我國陸續(xù)引進先進加工裝備，通過引進、消化、吸收國外先進技術(shù)和科研攻關，又開始掌握了各種高速和低速重載齒輪裝置的設計制造技術(shù)。材料和熱處理質(zhì)量及齒輪加工精度都有了較大提高，通過圓柱齒輪的制造精度可以從jb1791960的89級提高到gb/t 100952001的6級，高速齒輪的制造精度可穩(wěn)定在45級。目前我國已可設計制造2800kw的水泥磨減速器、1700mm軋鋼機各種齒輪減

14、速器。各種棒、線材軋機用減速器已全部采用硬齒面。我國自行設計制造的高速齒輪裝置的功率已達44000kw，齒輪圓周速度達168m/s。20世紀80年代末至90年代初，我國相繼制訂了近100個齒輪和蝸桿減速器的標準，研制了許多新型減速器，大體上實現(xiàn)了通用減速器的更新?lián)Q代。許多產(chǎn)品達到了20世紀80年代的國際水平。部分減速器采用硬齒面后，體積和重量明顯減小，承載能力、使用壽命、傳動效率和可靠性有了大幅度提高，對節(jié)能和提高主機的總體水平起到了明顯的作用，為發(fā)展我國的機械產(chǎn)品做出了貢獻。進入20世紀90年代中后期，國外又陸續(xù)推出了更新?lián)Q代的減速器，不但更突出了模塊化設計的特點，而且在承載能力、總體水平、

15、外觀質(zhì)量方面又有明顯提高。隨著社會的發(fā)展，應不斷地開發(fā)出新結(jié)構(gòu)、新類型的產(chǎn)品，以適應市場的需求。1.3 本課題研究的意義和基本內(nèi)容計算機正在將制造業(yè)帶入信息時代，它正作為一種新的工具進入到工廠中,正使制造業(yè)發(fā)生著變革。在競爭日益增加的社會，公司的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)質(zhì)量對于公司在行業(yè)中立足起到至關重要的作用。而計算機就是這樣一個提高企業(yè)競爭實力的工具，通過計算機對所造實體的仿真，可以及時找到設計中所存在的問題，找到可以改善的方法和措施，這樣一來提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，而來減少了不必要的成本，增加了企業(yè)的利潤。本課題研究的是在利用solidworks平臺上繪制出減速器的相關零部件，并通過裝配，爆炸明白

16、整個減速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。利用solidworks自帶的動畫軟件對齒輪減速器的運動進行仿真，從而達到模擬減速器的工作過程。第二章 減速器的總體設計方案2.1 設計任務及要求以虛擬設計中的特征建模技術(shù)為核心，以solidworks為三維設計平臺，實現(xiàn)二級圓柱齒輪減速器的三維設計；并通過基于特征建模的虛擬設計和高效虛擬裝配實現(xiàn)減速器的虛擬仿真。2.2 設計方案的確定本文所設計的減速器方案如圖2.1所示，電動機1通過聯(lián)軸器2將動力傳到減速器3中，減速器3通過聯(lián)軸器5與開式齒輪6將動力傳到主軸7，最后通過主軸將動力傳到碾輪，帶動碾輪的工作。圖2.1 傳動方案簡圖原始數(shù)據(jù)：1、主軸轉(zhuǎn)速 n主（r/min）：

17、45；2、電動機功率p電（kw）：5.5；3、電動機同步轉(zhuǎn)速n電 （r/min）:1500；4、減速器的設計壽命為5年；5、工作情況：兩班工作，每年按300個工作日，工作時間約占25%。2.3 電動機的類型選擇根據(jù)用途選擇y系列三相異步電動機，因電動機功率為5.5kw，故選擇的電動機型號為y132s-4。此電動機在滿載時，轉(zhuǎn)速為：1440r/min，電壓為380v，電流為：12a，功率因素：0.84。2.4 計算總傳動比及分配各級的傳動比總傳動比 。分配各級傳動比為：電動機到高速軸：；高速軸到中間軸：；中間軸到低速軸：，（開式傳動）。2.5 計算傳動裝置的傳動和動力參數(shù)各軸的轉(zhuǎn)速： ；各軸的輸

18、入功率： i：； ii：； iii：；iv：； v：； 各軸的輸出功率：i：； ii：； iii：； 。電動機輸入轉(zhuǎn)矩：； ； ； 。電動機輸出轉(zhuǎn)矩：； ； ； 。2.6 減速器齒輪傳動的設計計算2.6.1高速級斜齒圓柱齒輪傳動的設計計算（1）小齒輪1的材料選為45鋼調(diào)質(zhì)，齒面平均硬度取260hbs；大齒輪2的材料選為45鋼正火，齒面平均硬度取200hbs。軟齒面，8級精度。初估。（2）取小齒輪的齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)；齒數(shù)比。（3）小齒輪轉(zhuǎn)矩：，總的工作時間：。（4）由11p140表6-3得使用系數(shù)：；由，查11p141圖6-13得動載荷；由22p69表8-18取，由22p72圖8-7得；初取，則

19、端面重合度，縱向重合度，總重合度，故查22p72表8-22得；載荷系數(shù)。（5）按齒面接觸疲勞強度設計，小齒輪的應力循環(huán)次數(shù)：； 大齒輪的應力循環(huán)次數(shù)：；根據(jù)22p71圖8-5得到壽命系數(shù)，根據(jù)22p70圖8-4取接觸疲勞極限，22p71表8-20取安全系數(shù)，通過公式計算分別得到齒輪1、齒輪2的許用接觸應力：，；由22 p69表8-19得彈性系數(shù)；由22 p119圖9-2得節(jié)點區(qū)域系數(shù)；重合度系數(shù)；螺旋角系數(shù)；由公式得小齒輪的分度圓直徑；圓周速度，故修正小齒輪直徑，其中，。（6）初估中心距，圓整后取；模數(shù)，查表得標準值；實際螺旋角，由此可以確定大小齒輪的分度圓直徑，；由得兩齒輪齒寬分別為。（7）

20、齒根疲勞進行校核，由22p74圖8-11查得壽命系數(shù)，由22p84得彎曲疲勞極限，尺寸系數(shù)，參照22p71表8-20取安全系數(shù)，則許用應力，；當量齒數(shù)，；根據(jù)22 p73圖8-8取齒形系數(shù)，；22p73圖8-9取應力修正系數(shù)，；則重合度系數(shù)；螺旋角系數(shù)；齒根彎曲疲勞應力，彎曲疲勞強度足夠。2.6.2低速級斜齒圓柱齒輪傳動的設計計算（1）小齒輪1的材料選為45鋼調(diào)質(zhì)，齒面平均硬度取260hbs；大齒輪2的材料選為45鋼正火，齒面平均硬度取200hbs。軟齒面，8級精度。初估。（2）取小齒輪的齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)；齒數(shù)比。（3）小齒輪轉(zhuǎn)矩：，總的工作時間：。（4）由11p140表6-3得使用系數(shù)：；由

21、，查11p141圖6-13得 ；由22p69表8-18取由及由22p72圖8-7得；初取，則端面重合度，縱向重合度，總重合度，故查22p72表8-22得；載荷系數(shù)。（5）按齒面接觸疲勞強度設計，小齒輪的應力循環(huán)次數(shù)：； 大齒輪的應力循環(huán)次數(shù)：；根據(jù)22p71圖8-5得到壽命系數(shù)，根據(jù)22p70圖8-4取接觸疲勞極限，22p71表8-20取安全系數(shù)，通過公式計算分別得到齒輪1、齒輪2的許用接觸應力：，；由22p69表8-19得彈性系數(shù)；由22p119圖9-2得節(jié)點區(qū)域系數(shù)；重合度系數(shù)；螺旋角系數(shù)；由公式得小齒輪的分度圓直徑；圓周速度，無需修正。 （6）初估中心距，圓整后?。荒?shù)，查表得標準值；實

22、際螺旋角，由此可以確定大小齒輪的分度圓直徑，；由得兩齒輪齒寬分別為。（7）齒根疲勞進行校核，由22p74圖8-11查得壽命系數(shù)，由22p84得彎曲疲勞極限 ，尺寸系數(shù)，22p71表8-20取取安全系數(shù)，則許用應力，；當量齒數(shù)，；根據(jù)22p73圖8-8取齒形系數(shù)，；22p73圖8-9取應力修正系數(shù)，；則重合度系數(shù)；螺旋角系數(shù)；齒根彎曲疲勞應力，彎曲疲勞強度足夠。表2.1 齒輪參數(shù)表高速級齒輪小齒輪大齒輪模數(shù)2.5壓力角螺旋角齒數(shù)2272分度圓57.104186.884齒頂圓直徑62.104191.884齒根圓直徑50.854180.634中心距122齒寬6257低速級齒輪小齒輪大齒輪模數(shù)3壓力角

23、螺旋角齒數(shù)2272分度圓68.35223.68齒頂圓直徑74.35229.68齒根圓直徑60.85216.18中心距146齒寬74692.6.3 圓柱齒輪上的作用力的計算高速級齒輪傳動的作用力：小齒輪左旋，大齒輪右旋；齒輪1上的作用力如下：圓周力，其方向與力作用點圓周速度方向相反；徑向力，方向為由力的作用點指向輪1的轉(zhuǎn)動中心；軸向力，方向可用左手法則確定，用左手握住輪1的軸線，并使四指的方向順著輪的轉(zhuǎn)動方向，此時拇指的方向即為該力方向；法向力；從動齒輪2的作用力與主動輪1上相應的力大小相等，方向相反。低速級齒輪傳動的作用力：為使齒輪3的軸向力與齒輪2的軸向力相抵消，則小齒輪右旋，大齒輪左旋；齒

24、輪3上的作用力如下：圓周力，其方向與力作用點圓周速度方向相反；徑向力，方向為由力的作用點指向輪3的轉(zhuǎn)動中心；軸向力，方向可用右手法則確定，用右手握住輪1的軸線，并使四指的方向順著輪的轉(zhuǎn)動方向，此時拇指的方向即為該力方向；法向力；從動齒輪4的作用力與主動輪3上相應的力大小相等，方向相反。2.7 軸設計以及各軸上鍵,軸承的選擇與校核2.7.1 高速軸及鍵、軸承的設計及校核（1）軸的材料選擇為45鋼，調(diào)質(zhì)。（2）初算軸徑：查22p126表9-8得，考慮軸端不承受轉(zhuǎn)矩，只承受少量的彎矩，故取，此時有，截面上有一鍵槽，故值增大5%，,故取。軸的結(jié)構(gòu)構(gòu)想圖:圖2.2 高速軸l 軸段1上安裝聯(lián)軸器,此段設計

25、應與聯(lián)軸器的選擇同步,為補償聯(lián)軸器所連接的兩周的安裝誤差,隔離振動,選用彈性柱銷聯(lián)軸器。查22p94表8-37得，則計算轉(zhuǎn)矩，查22p94表8-38得中的型聯(lián)軸器滿足要求：公稱轉(zhuǎn)矩為，許用轉(zhuǎn)速為，軸孔范圍12-24mm。又因d18.81mm，故取聯(lián)軸器轂孔直徑為20mm，軸孔長度52mm，y型軸孔，a型鍵，則相應的軸段1的直徑 ，其長度略小于轂孔長度，取。l ，考慮輪齒有軸向力的存在，選用角接觸球軸承。軸段3上安裝軸承，其直徑應符合軸承內(nèi)徑系列。暫取軸承位7207c，查22p198表11-9得軸承內(nèi)徑d=35mm，外徑d=72mm，寬度b=17mm，定位軸肩，外徑定位直徑，對軸的力作用點與外圈

26、大端面的距離，故。軸承采用脂潤滑，需要擋油環(huán)阻止箱體內(nèi)潤滑油濺入軸承座，軸承內(nèi)端面距箱體內(nèi)壁的距離取為20mm，則，右端采用擋油環(huán)進行定位及固定。通常一根軸上采用兩個軸承型號相同的軸承，故，。l 軸段5上安裝齒輪，該軸上承載的轉(zhuǎn)矩較大，故將該軸設計為齒輪軸，因此，。l 軸段4和軸段6，該兩段的軸徑可取略大于軸承定位軸肩的直徑，則，齒輪右端面距離箱體內(nèi)壁距離為15mm，。l 軸段2的長度不僅與軸上的零件有關，還與軸承座寬度及軸承端蓋等零件有關，。l 軸上的力作用點的間距為，。l 軸段1與聯(lián)軸器采用a型普通平鍵，查22p86表8-31得它們的型號為。l 軸受力如下，水平面上，；垂直面上，軸承1的總

27、的支撐反力為，。l 在齒輪處為截面a-a，水平，剖面右側(cè)：，剖面左側(cè)：；垂直面上，；合成彎矩，左側(cè)，右側(cè)，。圖2.3 軸受力分析及彎矩圖l 校核軸的強度，左側(cè)，右側(cè)；，因為，故軸的強度滿足要求。l 校核鍵的聯(lián)接強度，鍵的擠壓應力，查22p89表8-33得，強度滿足要求。l 校核軸承壽命，查22p198表11-9得7207c的，7207c軸承內(nèi)部軸向力計算公式，則軸承1、2的內(nèi)部軸向力分別為，；外部軸向力,，則有，得出當量動載荷，校核壽命，軸承在以下工作，查22p89表8-34得，對于減速器，22p89表8-35得載荷系數(shù)，軸承1的壽命 ，故軸承壽命足夠。圖2.4 軸承受力分析圖2.7.2 中間

28、軸及鍵、軸承的設計及校核（1）軸的材料選擇為45鋼，調(diào)質(zhì)。（2）初算軸徑：查22p126表9-8得，考慮軸端不承受轉(zhuǎn)矩，只承受少量的彎矩，故取，此時有，截面上有兩鍵槽，故值增大10%，。軸的機構(gòu)構(gòu)想圖圖2.5 中間軸l 軸段1和軸段5上安裝軸承,故設計與軸承的選擇同步?？紤]齒輪有軸向力的存在，因此選用角接觸球軸承。軸段1和5上安裝軸承，故直徑應符合軸承內(nèi)徑系列，取7207c進行設計計算。查22p198表11-9可知，軸承內(nèi)徑，外徑，寬度，定位軸肩，外徑定位直徑，對軸的力作用點與外圈大端面的距離，故。l 軸段2上裝齒輪3，軸段4上裝齒輪2，為便于齒輪安裝，和應略大于和，初定，齒輪輪轂寬度與齒輪寬

29、度相等，左端采用軸肩定位，右端采用擋油環(huán)固定，而齒輪3右端采用軸肩定位，左端采用擋油環(huán)固定，其輪轂寬度與齒輪寬度也相等。而軸2和軸4的長度應略小于輪轂寬度，則。l ，又因同軸上的兩齒輪之間的距離至少為1520，又因齒輪3左端面與箱體內(nèi)壁距離為20mm，高速齒輪右端面距內(nèi)壁距離為15mm，齒輪2和齒輪3之間的距離初定20mm，故內(nèi)壁之間的距離，則。l 由于該減速器的圓周速度小于2m/s,故軸承采用脂潤滑，需要擋油環(huán)阻止箱體內(nèi)潤滑油濺入軸承座，軸承內(nèi)端面距離箱體內(nèi)壁的距離為20mm，中間軸上兩個齒輪的固定均有擋油環(huán)完成，則。l 軸上力作用點之間的距離，。l 齒輪與軸采用a型平鍵連接，查22p86表

30、8-31型號分別為，。l 軸受力如下，水平面上（向下），（向上）；在垂直平面面上，。軸承1的支撐反力，軸承2的支撐反力為。l 齒輪3處截面a-a，左側(cè)，右側(cè)；齒輪2處截面b-b，右側(cè)，左側(cè) ；，,合成彎矩a-a：左側(cè)，右側(cè)，b-b剖面：左側(cè)，右側(cè)圖2.6 軸受力分析及彎矩圖l 校核軸的強度，雖然a-a剖面左側(cè)彎矩大，但其右側(cè)有彎矩，也有扭矩，故兩面均可能是危險截面，分別計算，a-a面的抗彎截面系數(shù)為，抗扭截面系數(shù)，a-a左側(cè)彎曲應力，右側(cè)彎曲應力，扭剪力為，按彎扭合成強度進行校核計算，對于單項轉(zhuǎn)動的軸，轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)處理，故取折合系數(shù)，則當量應力為，查22p81表8-26得45鋼調(diào)質(zhì)處理抗拉強

31、度極限，22p87表8-32軸的彎曲許用應力是，強度滿足要求。l 校核鍵連接的強度，齒輪2處鍵連接的擠壓應力，查22p89表8-33得，強度滿足要求。l 校核軸承的壽命，查22p198表11-9得7207c的，7207c軸承內(nèi)部軸向力計算公式，則軸承1、2的內(nèi)部軸向力分別為，；外部軸向力,，則有，因，只需校核軸承1的壽命；得出當量動載荷，校核壽命，軸承在以下工作，查22p89表8-34得，對于減速器，22p89表8-35得載荷系數(shù)，軸承1的壽命 ，故軸承壽命足夠。圖2.7 軸承受力分析圖2.7.3 低速軸及鍵、軸承的設計及校核（1）軸的材料選擇為45鋼，調(diào)質(zhì)。（2）初算軸徑：查22p126表9

32、-8得，考慮軸端只受轉(zhuǎn)矩，故取，此時有，截面上有兩鍵槽，故值增大10%，故取。軸的結(jié)構(gòu)構(gòu)想圖：圖2.8 低速軸l 軸段1上安裝聯(lián)軸器,此段設計應與聯(lián)軸器的選擇同步,為補償聯(lián)軸器所連接的兩周的安裝誤差,隔離振動,選用彈性柱銷聯(lián)軸器。查22p94表8-37得，則計算轉(zhuǎn)矩，查得中的型聯(lián)軸器滿足要求：公稱轉(zhuǎn)矩為，許用轉(zhuǎn)速為，軸孔范圍20-35mm。又因d33.74mm，故取聯(lián)軸器轂孔直徑為35mm，軸孔長度60mm，y型軸孔，a型鍵，則相應的軸段1的直徑 ，其長度略小于轂孔長度，取。l ，考慮輪齒有軸向力的存在，選用角接觸球軸承。軸段3上安裝軸承，其直徑應符合軸承內(nèi)徑系列。暫取軸承位7209c，查22

33、p198表11-9得軸承內(nèi)徑d=45mm，外徑d=85mm，寬度b=19mm，定位軸肩，外徑定位直徑，對軸的力作用點與外圈大端面的距離，故。軸承采用脂潤滑，需要擋油環(huán)阻止箱體內(nèi)潤滑油濺入軸承座，軸承內(nèi)端面距箱體內(nèi)壁的距離取為20mm，則，左端采用擋油環(huán)進行定位及固定。通常一根軸上采用兩個軸承型號相同的軸承，故，。l 軸段5上裝齒輪4，為便于齒輪安裝，應略大于，初定，齒輪輪轂寬度與齒輪寬度相等，右端采用軸肩定位，左端采用擋油環(huán)固定，其輪轂寬度與齒輪寬度也相等。而軸5的長度應略小于輪轂寬度，則。l 該段為齒輪提供定位和固定作用，則，齒輪左端面距箱體內(nèi)壁距離為20mm，該段的長度。l 軸段2和軸段6

34、的長度不僅與軸上的零件有關，還和軸承座寬度及軸承端蓋等零件有關，。l 軸上作用點之間的距離：，。l 鍵的選擇，聯(lián)軸器與軸段1以及齒輪與軸段5之間均采用a型普通平鍵連接，查22p86表8-31得其型號分別為，。l 軸的受力分析如下：支承反力，在水平面上，；垂直面上，總支承反力為，。l 齒輪4處截面為a-a，水平面上，剖面左側(cè)截面：，剖面右側(cè)：；垂直面上，；合成彎矩，左側(cè)：，右側(cè)彎矩為：。圖2.9 軸受力分析及彎矩圖l 校核軸的強度，因a-a剖面右側(cè)彎矩大，且作用有轉(zhuǎn)矩，故a-a剖面右側(cè)為危險截面，則其抗彎截面系數(shù)為，抗扭截面系數(shù)為，彎曲應力，扭剪應力為；按彎扭合成強度進行校核計算，對于單項轉(zhuǎn)動的

35、轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)處理，故取折合系數(shù)，則當量應力為，查表得45鋼調(diào)質(zhì)處理抗拉強度極限，軸的彎曲許用應力是，強度滿足要求。l 校核鍵連接的強度，聯(lián)軸器處鍵連接的擠壓應力為，齒輪4處鍵連接的擠壓應力為，鍵、軸、齒輪及聯(lián)軸器的材料都為鋼，查22p89表8-33得，因，則鍵的強度滿足要求。l 校核軸承的壽命，查22p198表11-9得7209c的，7209c軸承內(nèi)部軸向力計算公式，則軸承1、2的內(nèi)部軸向力分別為，；外部軸向力, ，則有，；得出當量動載荷，；校核壽命，軸承在以下工作，查22p89表8-34得，對于減速器，22p89表8-35得載荷系數(shù)，軸承1的壽命 ，故軸承壽命足夠。圖2.10 軸承受

36、力分析圖2.8 減速器附件的選擇及參數(shù)的設置2.8.1 窺視孔及窺視孔蓋圖2.11窺視孔蓋剖圖圖2.12 窺視孔蓋上視圖其中:a=100，a1=140，a2=120，b=68，d4=m6，b1=104，r=5。2.8.2 放油孔及放油螺栓圖2.13 放油孔剖視圖其中：d1=10.2，d=22，e=15，s=13，l=24，h=12，b=3。2.8.3 油標圖2.14油標結(jié)構(gòu)尺寸圖其中：d=26，d1=22，d1=4，d2=16，d3=6，h=35，a=12，b=8，c=5。2.8.4 通氣器圖2.15 通氣器剖面圖其中：d=30，d1=25.4，s=22，l=29，l=15，a=4，d1=6。

37、2.8.5 減速箱的結(jié)構(gòu)尺寸表2.2 減速器結(jié)構(gòu)尺寸表代號名 稱減速器形式箱座壁厚8箱蓋壁厚8箱座加強肋厚6.8箱蓋加強肋厚6.8箱座分箱面凸緣厚12箱蓋分箱面凸緣厚12平凸緣底座厚斜凸緣底座厚18.818.8地腳螺栓軸承螺栓連接分箱面的螺栓軸承蓋螺釘檢查蓋螺釘m20m18m16m10m6n地腳螺栓個數(shù)4第三章 基于solidworks的減速器的零部件的三維建模3.1 軸類零件的建模solidworks是一款功能強大的計算機輔助繪圖和設計軟件系統(tǒng)，可以拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等特征形式形成實體。3.1.1 高速軸、中間軸以及低速軸的建模在solidworks中，階梯軸是比較容易實現(xiàn)的。可以通過逐

38、段【拉伸】的方法完成，例如，在本次設計中，高速軸設計為齒輪軸，不太方便利用旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)階梯軸的實體建模，因此在完成齒輪建模的基礎上，通過逐級拉伸軸完成整個齒輪軸的建模。而對于中間軸以及低速軸，通過【旋轉(zhuǎn)凸臺/基體】，先完成階梯軸草圖的繪制，制定旋轉(zhuǎn)軸完成軸的建模。軸段上的鍵槽，首先選取一平面，在草圖界面下進行鍵槽草圖的繪制【直槽口】，然后【拉伸切除】開出鍵槽。圖3.1 高速齒輪軸平面圖 圖3.2 高速齒輪軸圖3.3 中間軸平面圖圖3.4 中間軸圖3.5 低速軸平面圖圖3.6 低速軸 圖3.7 開槽草圖 圖3.8 齒輪軸的建模3.1.2 軸承以及端蓋的建模 軸承的建模是裝配體運用的過程，所以完成內(nèi)圈

39、、外圈、滾珠后，利用一定的裝配關系將其裝配起來便得到軸承。另外solidworks有自帶的零件庫，也可以自動生成相應的零件，首先點開【設計庫】，選中【toolbox】，軸承的標準是gb，點開軸承，選擇所需要的軸承類型【角接觸球軸承】，右擊生成零件，在彈出的對話框中根據(jù)自己的數(shù)據(jù)要求填入?yún)?shù)，則可以完成軸承的建立。 圖3.9 插件軸承生成參數(shù)圖 圖3.10 角接觸球軸承軸承蓋的建模就比較簡單，可以通過簡單的【拉伸凸臺】，以及【拉伸切除】便可以完成模型的建立。 圖3.11 軸承端蓋 圖3.12 軸承端蓋平面圖3.1.3 擋油環(huán)的建模首先對擋油環(huán)的截面進行一個草繪，然后利用旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)出擋油環(huán)，然后兩端

40、根據(jù)裝配圖中的距離進行相應的拉伸。完成擋油環(huán)的建模圖3.13 擋油環(huán)截面草圖 圖3.14 擋油環(huán)3.2 齒輪的建模同樣，齒輪的建模也可以通過設計庫來實現(xiàn)，齒輪的標準是iso，在【動力傳動】下選擇齒輪的類型，根據(jù)參數(shù)設置齒輪的大小，生成相應的齒輪模型。 圖3.15 齒輪插件參數(shù)圖 圖3.16 齒輪模型3.3 鍵以及螺栓,螺母的建模鍵，螺栓，螺母均可通過設計庫中直接插入零件。只要輸入相應的參數(shù)設置即可滿足要求。 圖3.17 螺栓 圖3.18 螺母圖3.19 鍵3.4 箱蓋箱座的建模由于箱體的造型比較復雜，故首先運用了【拉伸】、【切除】、【筋】、【鏡像】、【陣列】等特征形成箱體的三維模型。圖3.20

41、 箱座主視圖圖3.21 箱座俯視圖圖3.22 箱座左視圖圖3.23 箱座三維圖圖3.24 箱蓋主視圖圖3.25 箱蓋俯視圖圖3.26 箱蓋左視圖圖3.27 箱蓋三維圖3.5 通氣器,油標尺,放油螺栓等的建模通氣器，油標尺，六角螺栓均可用拉伸、切除、旋轉(zhuǎn)完成相應的建模。螺紋的生成可以用，達到效果。具體三維模型圖參考圖3.28、3.29、3.30。 圖3.31 放油螺栓 圖3.32 通氣器圖3.33 油標尺第四章 基于solidworks的減速器的虛擬裝配以及三維仿真4.1 減速器的整體裝配減速器的各個零部件完成建模以后,可通過【裝配體】,新建裝配體文件,將各部分裝配起來。首先完成三根軸的裝配，通

42、過【插入零部件】，依次插入軸、擋油環(huán)、軸承、鍵和齒輪。利用【配合】中的【同心】、【重合】，可以完成三個軸的裝配；其次將箱座插入到裝配圖中，可以同心和重合的配合關系將軸承端蓋和箱座配合到一起；將裝配好的三個軸利用與軸承端蓋伸入端的同心和重合關系將其配合起來。然后，完成齒輪之間的嚙合關系，調(diào)整好兩齒輪嚙合時的狀態(tài)，選中齒輪所在的兩端軸，選中配合中的【機械配合】，點取【齒輪】，在彈出的【比率】中輸入兩齒輪的齒數(shù)比，完成兩對齒輪之間的嚙合關系。隨即將箱蓋與箱座相配合，利用同心、對齊、重合等配合指令配合。最后，將游標、通氣器、六角螺栓等利用同心、配合完成裝配。圖4.1 裝配圖主視圖圖4.2 裝配圖俯視圖

43、圖4.3 裝配圖左視圖圖4.4 減速器整體裝配4.2爆炸圖在將所有零件完全裝配好的基礎上，點開裝配圖上方的【爆炸圖】，根據(jù)指令，選取零部件，按照軸向方向進行拖拉到相應位置，根據(jù)裝配過程的逆過程來拆下零件，導出爆炸圖，最終導出爆炸動畫。圖4.5 減速器裝配爆炸圖4.3 三維仿真以及動畫的導出利用solidworks的仿真軟件對減速器的運動過程進行運動仿真，更好的觀察減速器的工作過程。點開下方的【運動算例】，齒輪是旋轉(zhuǎn)運動，故可以加旋轉(zhuǎn)【馬達】，設定相應的轉(zhuǎn)速，計算出運動過程。得到如圖4.6的運動仿真界面動畫。具體的運動算例見于圖4.7。圖4.6 運動仿真界面圖4.7 運動算例圖點擊【開始】，檢查

44、運動過程。確認運動無誤后，便可以【導出動畫】，進行保存。第五章 總結(jié)與展望本文是基于solidworks的減速器的設計與仿真，利用solidworks對二級圓柱斜齒輪進行了虛擬設計，詳細地概述了減速器的設計、建模、裝配以及仿真的步驟和方法，通過本課題的研究得到了以下結(jié)論：本文是利用solidworks對減速器進行三維設計，然后進行虛擬裝配。通過仿真，得到的結(jié)果表明設計方案可行。完成減速器的機械設計，對減速器在社會各領域的應用有了重新的認識，對了解減速器有著至關重要的作用。通過solidworks完成了零件的建模，由于軟件本身擁有toolbox設計庫，利用已有的插件裝置直接導入標準鍵，這樣減少了工作量。通過仿真運動，可以清楚看出減速器的運動過程，并且看明白齒輪的嚙合情況，從而證明了本設計的可行性。今后，可以利用程序增加設計庫的零件數(shù)，通過參數(shù)設置直接導出標準件，一方面提高工作效率，另一方面也可以規(guī)范零件的畫法。參 考 文 獻 1 曹茹. solidworks2009三維設計及應用m. 第2版. 機械工業(yè)出版社.2 張軒，王停戰(zhàn)，郭旭偉. autoca