畢業(yè)設(shè)計(jì)-Proe參數(shù)化齒輪

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書齒輪傳動的建模與仿真 齒輪減速器學(xué) 號: 05姓 名:張奎班 級: 048841專 業(yè):機(jī)電一體化 系 部:機(jī)電工程系 指導(dǎo)老師:陳 鳳目 錄引 言齒輪 被作為工業(yè)的象征鑲嵌在國徽上, 這是因?yàn)辇X輪與齒輪減速器幾乎是所 有機(jī)械成套設(shè)備的傳動部件。齒輪在機(jī)械裝備中傳遞動力或傳遞運(yùn)動方面與皮 帶、 摩擦、 液壓等傳動件相比, 具有傳動功率范圍大、 傳動效率高、 傳動比準(zhǔn)確、 使用壽命長、 安全可靠等特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。 齒輪傳動 是機(jī)械傳動中數(shù)量最大, 應(yīng)用最 廣泛的傳動。 齒輪制造業(yè)在國際上是一個(gè)大的產(chǎn)業(yè)。 中國是一個(gè)巨大的齒輪市場。 齒輪制造技術(shù)在吸收電子信息技術(shù)的營養(yǎng)后煥發(fā)出新的活力。

2、新中國成立以來, 中國的齒輪制造技術(shù)有了長足的進(jìn)步。近年來 , 世界經(jīng)濟(jì),特別是中國經(jīng)濟(jì)的發(fā) 展帶來了對齒輪傳動產(chǎn)品 (齒輪傳動變速箱 的旺盛需求。相關(guān)行業(yè),如信息、電 子、新材料等的發(fā)展也推動了齒輪傳動技術(shù)的發(fā)展。對于 齒輪傳動的建模與仿真 的意義, 我們要說的是, 在以往不管設(shè)計(jì)那一種 機(jī)械產(chǎn)品,都得先根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)以及其他的輔助條件,之后, 也是最重要的一 點(diǎn),就是必須根據(jù)計(jì)算出的數(shù)據(jù)生產(chǎn)出樣機(jī),再進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動學(xué)、靜、動平衡 等等復(fù)雜而多樣的試驗(yàn),如此才可以確定所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否合理、得當(dāng)、實(shí)用, 然而從經(jīng)濟(jì)角度以及市場競爭的方面考慮, 這個(gè)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程所須的時(shí)間、 人 力、財(cái)力頗多,

3、不利于長久發(fā)展,對于其研究必須得到一個(gè)可持續(xù)的革命?，F(xiàn)在我們以 PC 機(jī)為平臺, 通過結(jié)合相關(guān)的軟件 (這里主要運(yùn)用 Pro/E軟件 , 根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算數(shù)據(jù),把所設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品 (這里主要指斜齒輪和直齒輪 所需 要的零部件的三維實(shí)體全部繪出, 再裝配成整體, 最后通過軟件的機(jī)構(gòu)仿真模塊, 對所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行各種力學(xué)、 熱學(xué)等測試, 一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)牡胤娇梢约皶r(shí) 改正,避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的財(cái)力及資源的白白浪費(fèi),繼續(xù)測試, 直 到設(shè)計(jì)完好為止,如此一來,大大地提高了設(shè)計(jì)效率,縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期,有 利于長久發(fā)展,同時(shí)又可帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。第 1章 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1總體設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)傳動帶

4、牽引力 F=6KN,傳動帶線速度 V=1.3m/s,滾筒直徑 D=450mm 。工作條件與技術(shù)要求:輸送帶速度允許誤差為4%,輸送機(jī)效率為 0.96。 工作年限:10年;工作環(huán)境:室內(nèi),清潔;動力來源:電力,三相電源,電壓 380V ;工作情況:雙班制,連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn),輕微沖擊;制造條件及生產(chǎn)批量:一般機(jī)械廠制造,中等批量生產(chǎn)。檢修間隔期:四年一次大修,二年一次中修,半年一次小修;傳動方案: 1電動機(jī) 2聯(lián)軸器 3減速器 4聯(lián)軸器 5滾筒 6傳動帶(1 電動機(jī)類型的選擇 根據(jù)動力源和工作條件, 選用 Y 系列三相異步電動機(jī)。(2電動機(jī)功率的選擇 工作機(jī)所需要的有效功率: Pw=1000FV kw

5、=96. 010003. 16000kW=8.125kW 其中, w 為工作機(jī)傳動功率。為了計(jì)算電動機(jī)所需功率 Pd ,需確定傳動裝置總效率 。設(shè)各效率分別為:1=4(彈性聯(lián)軸器 、 2(8級閉式齒輪傳動 、 3(滾動 軸承 。由表查得:1=4=0.99, 2=0.98, 3=0.98;則傳動裝置的總效率為:=122334=0.886。電動機(jī)所需功率為:Pd= Pw/=8.125/0.886KW=9.17kW由表確定電動機(jī)的額定功率為 11kW 。 (JB/T9616-1999(3 電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 選用常用同步轉(zhuǎn)速 1000r/min和 1500r/min兩種作對比。工作機(jī)轉(zhuǎn)速 nw=DV

6、10006060*1000v/*D =450142. 33. 1100060r/min =55.175r/min總傳動比 i=nm/nw,其中 nw 為電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速。現(xiàn)將兩種電動機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)列于下表比較表 1.1兩種電動機(jī)的數(shù)據(jù) : 由上表可知方案總傳動比過大, 為了能合理的分配傳動, 使傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊 決定選用方案?，F(xiàn)總傳動比 i=17.599。 因沒有其它傳動機(jī)構(gòu), 故該減速器傳動比 if=i=17.599; 考慮兩級齒輪潤滑問題, 兩級大齒輪應(yīng)有相近的浸油深度, 兩級齒輪減速器高速 級傳動比 i1與低 速 級傳動比 i2的比 值 為 1.2,即 i1=1.2 i2。 則再由 i1i

7、2=if=17.599得:i1=4.595, i2=3.830。傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)計(jì)算1 各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算n m =971 r/minn = nm=971 r/minn = n /i1=971/4.784 r/min =202.968 r/minn = n /i2=202.968/3.83r/min=55.169 r/minn = n =55.169 r/min2 各軸輸入功率的計(jì)算Pd=9.17KWP = Pd1=9.170.99KW=9.078KWP = P 23=9.0780.980.98KW=8.719KWP = P 23=8.1790.980.98KW=8.374KWP = P

8、34=8.3740.980.99KW=8.124KW3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩的計(jì)算Td=9550Pd/ nm=95509.17/971Nm=90.189 NmT =9550P /n =95509.078/971 Nm=89.284 NmT =9550 P /n =95508719/202.968Nm=410.244 NmT =9550P /n =95508.374/55.169 Nm=1449.577 NmT =9550P /n =95508.124/55.169Nm =1406.300 Nm 1.2零件的設(shè)計(jì)計(jì)算(1選擇材料與熱處理所設(shè)計(jì)的齒輪傳動屬于閉式傳動, 通常采用軟齒面的鋼制齒輪, 查表,

9、選用價(jià)格便宜便于制造的材料;小齒輪材料為 45鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度為 260HBS ; 大齒輪材料也為 45鋼, 正火處理, 硬度 215HBS , 硬度差 45HBS 較合適。(2選擇精度等級,帶式運(yùn)輸機(jī)是一般機(jī)械,速度中等,故選擇 8級精度。第 6 頁 共 36 頁第 頁 共 36 頁 6第 7 頁 共 36 頁第 頁 共 36 頁7(3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。本傳動為閉式傳動,軟齒面,因此主要失效形 式為疲勞點(diǎn)蝕,應(yīng)根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。根據(jù)式 d1 121590U U T K d H + 1載荷因數(shù) K 。圓周速度不大,精度中等,齒輪關(guān)于軸承不對稱布置,查表 取 K=1.2 2轉(zhuǎn)矩

10、T1T1=89.2841000 Nmm=89284 Nmm3接觸疲勞許用應(yīng)力H H =Hmin ZN/SHmin由教材圖 6-37查得:Hlim1=550MPa , Hlim2=390Mpa接觸疲勞壽命系數(shù) ZN :按一年 300個(gè)工作日,雙班每天 8小時(shí)計(jì)算,由公式 N=60njth得N1=609711(2103008 =2.8109 N2= N1/ i1=2.79108查教材圖 6-38中曲線 1,得 :Z N1=1 Z N2=1.03按一般可靠性要求,取 S Hmin =1H1=Hmin Z N1/SHmin =5501/1=550Mpa H2=Hmin Z N2/SHmin =3901

11、.03/1=401.7MPa4計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1 由教材表 6-12,取 d=1d1 121590U U T K d H + =58.53(mm取 d1=60(mm(4確定主要參數(shù),計(jì)算主要幾何尺寸。1齒數(shù):取 z 1=23,則 z 2=z1i 1=234.784=110.032,第 8 頁 共 36 頁第 頁 共 36 頁 8取 z 2=1102驗(yàn)算傳動比誤差:i=0.02%5%,合適。 3初選螺旋角 0=12。 4確定模數(shù) mn 。 mn=11cos z d o =2.489,取 mn =2.5mm 5計(jì)算中心距 ad 2=d1i1=58.534.595=268.945mm初定中心

12、距 a0=mm d d 738. 166221=+,圓整取 a=170mm 6計(jì)算螺旋角 。94852. 0170210623(22(cos 21=+=+=az z m n , 得 實(shí) 際 螺 旋 角18.463o ,在 8o 20o 范圍內(nèi),故合適。7計(jì)算傳動的主要尺寸。實(shí)際分度圓 mm z m d n 62. 6094852. 0232cos 11= mm z m d n 380. 27994852. 01062cos 22= 齒寬 b b=mm mm d d 62. 6062. 6011= 取 mm b 622=, mm b b 68621=+=8驗(yàn)算圓周速度 1v1v =s m d n

13、 /082. 3100060450971142. 310006011=因?yàn)?1v 6m/s,故取 8級精度合適。 9校核彎曲疲勞強(qiáng)度。 復(fù)合齒形因數(shù) FS Y第 9 頁 共 36 頁第 頁 共 36 頁 9267. 124 94852. 0(106cos 964. 2694852. 0(23cos 33223311=z z z z v v由課本圖 6-40查得, 917. 3, 20. 421=FS FS Y Y 彎曲疲勞許用應(yīng)力 bb N F bb bb Y S minlim =由圖 6-41得彎曲疲勞極限應(yīng)力 MPa MPa bb bb 415, 490lim lim =。 由圖 6-42

14、得彎曲疲勞壽命系數(shù) N Y :02. 1121=N N Y Y ,彎曲疲勞的最小安全系數(shù) min F S :按一般可靠性要求,取 min F S =1。 計(jì)算得彎曲疲勞許用應(yīng)力為MPa Y S NF bb bb 49011490min1lim 1= MPa Y S N F bb bb 75. 43505. 114152min2lim 2=校核計(jì)算MPa Y z m b KT FS n bb 86. 693463. 18cos 2. 4235. 268284. 892. 16. 1cos 6. 12112111=1bb 2121216. 652. 4917. 386. 69bb FS FS bb

15、 bb MPa MPa Y Y =故彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。 (5齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小齒輪由于直徑較小,采用齒輪軸結(jié)構(gòu);大齒輪采用孔板式結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)尺寸 按經(jīng)驗(yàn)公式和后續(xù)設(shè)計(jì)的高速軸配合段直徑計(jì)算,見表 F-14;大齒輪結(jié)構(gòu)草圖 見附圖 1。 (1選擇材料與熱處理。第 10 頁 共 36 頁第 頁 共 36 頁 10所設(shè)計(jì)的齒輪傳動屬于閉式傳動, 通常采用軟齒面的鋼制齒輪,查表,選用 價(jià)格便宜便于制造的材料;小齒輪材料為 45鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度為 260HBS ; 大齒輪材料也為 45鋼,正火處理,硬度 215HBS ,硬度差 45HBS 較合適。(2選擇精度等級,帶式運(yùn)輸機(jī)是一般機(jī)械,速度中等,故選擇 8

16、級精度。(3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。本傳動為閉式傳動,軟齒面,因此主要失效形 式為疲勞點(diǎn)蝕,應(yīng)根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。根據(jù)式 d121 671U U KT dH+1載荷因數(shù) K 。圓周速度不大,精度中等,齒輪關(guān)于軸承不對稱布置,查表取 K=1.42轉(zhuǎn)矩 T=410244.226 Nmm3 接觸疲勞許用應(yīng)力H H =Hmin ZN/SHmin由教材圖 6-37查得:Hlim1=6100MPa , Hlim2=500Mpa接觸疲勞壽命系數(shù) ZN :按一年 300個(gè)工作日,雙班每天 8小時(shí)計(jì)算,由公式 N=60njth得N1=609711(2103008 =2.92108N2= N1/ i1=7.

17、6107查教材圖 6-38中曲線 1,得 :ZN1=1.15 ZN2=1.3按一般可靠性要求,取 S Hmin =1H1=Hmin ZN/SHmin=6101.15/1=701.5Mpa H2=Hmin ZN/SHmin=5001.3/1=650MPa4 計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1 由教材表 6-12,取 d=1d121 671U U KT dH+=88.06(mm取 d1=90(mm5 計(jì)算圓周速度 1v1v =10006090968. 20214. 310006011=d n =0.956m/s因?yàn)?1v 6m/s,故取 8級精度合適。( 4 確定主要參數(shù),計(jì)算主要幾何尺寸。1 齒數(shù):取

18、z 1=23,則 z 2=z1i1=233.83=88.09,取 z 2=89 2 驗(yàn)算傳動比誤差:i=0.2%5%,合適。 3 確定模數(shù) m 。 m=d1/z1 =3.91,取 m=4mm 4 分度圓直徑 ;d 1=mz1=423=92mm d 2=mz2=489=356mm5 中心距 aa= (2121d d +=224 mm 6 齒寬 bb=mm d d 921=取 b 2=92mm,621+=b b =98mm( 5 校核彎曲疲勞強(qiáng)度。FS bb Y md B KT 1112= 1 復(fù)合齒形因數(shù) FS Y ,由圖 6-40得:Y FS1=4.3 Y FS2=3.96 2 彎曲疲勞許用應(yīng)

19、力 bb N F bb bb Y S minlim =由圖 6-41得彎曲疲勞極限應(yīng)力 lim bb :1lim bb =510Mpa, 4302lim =bb MPa由圖 6-42得彎曲疲勞壽命系數(shù) N Y :12. 11. 121=N N Y Y ,彎曲疲勞的最小安全系數(shù) min F S :按一般可靠性要求,取 min F S =1。 計(jì)算得彎曲疲勞許用應(yīng)力為MPa Y S N F bb bb 5611. 115101min1lim 1=MPa Y S N F bb bb 6. 48112. 114302min2lim 2=3 校核計(jì)算=MPa Y md b KT FS bb 3. 490

20、49810244. 4104. 122311111140Mpa1bb 23212121. 15096. 39049210244. 4104. 122bb FS bb MPa MPa Y md b KT CA ,故強(qiáng)度足夠。1.5 鍵的選擇與校核這里主要以高速軸為類,其他軸類似計(jì)算。該軸外伸段采用了一個(gè)普通平鍵,用于與 HL2型彈性柱銷聯(lián)軸器配合聯(lián)接,其尺 寸 為 25. 0, 4(5678mm r mm t mm mm mm L h b =-=-, 標(biāo) 記 :鍵 856GB/T1096-2003。軸外伸軸段直徑 d=25mm; 鍵的工作長度 L1=L-b=(56-8mm=48mm; 鍵的接觸高

21、 度 k=0.5h=0.57mm=3.5mm;傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=90.189Nm ;按課本相關(guān)表查得鍵 靜聯(lián)結(jié)時(shí)的擠壓許用應(yīng)力 p =100Mpa。p p MPa MPa d kL T = =其中,溫度系數(shù) 1=t f (軸承工作溫度低于 120度 ,軸承具有足夠壽命。 1.8 聯(lián)軸器的選擇根據(jù)工作要求,為了緩和沖擊,保證減速器的正常工作,輸入、輸出軸均選用彈 性柱銷聯(lián)軸器。 考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小, 取 K A =1.2, 則 T CA =1T K A K A T =1.290.189 N m=108.226 Nm 。按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T CA 小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查手冊, 選用 HL2型彈性柱

22、銷聯(lián)軸器, 其公稱轉(zhuǎn)矩為 315 Nm ,許用轉(zhuǎn)速為 5600 r/min, 故適用。 輸出軸類似。標(biāo)記:HL2Y 2562(對于輸入軸HL5Y 65142(對于輸出軸1.9 箱體及其附件的設(shè)計(jì)如下表 十、潤滑、密封的設(shè)計(jì)對于二級分流式直齒 -斜齒齒輪減速器的潤滑方式,主要采用大齒輪頂齒浸油, 以傳遞至整個(gè)齒輪傳動系統(tǒng)。而對于其密封,分二種:各軸承端蓋與箱蓋、箱座 的聯(lián)接處主要采用油墊圈; 大小軸承端蓋與傳動軸、 輸出軸的配合處采用油氈圈。 第 2章設(shè)計(jì)流程2.1 Pro/E建模對于本設(shè)計(jì)的過程,本人這里將進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)明了的介紹,以供大家一起參考、 研究首先我們選擇了二級分流式齒輪減速器為設(shè)計(jì)

23、項(xiàng)目, 以用來展現(xiàn)齒輪傳動的 傳動功率范圍大、傳動效率高、傳動比準(zhǔn)確、使用壽命長、安全可靠等特點(diǎn)和優(yōu) 點(diǎn)。其次我們選擇一組原始數(shù)據(jù), 進(jìn)行主要零件的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算, 如大小斜齒輪、 直齒輪的齒數(shù)、模數(shù)等等,從而確定其他零件的尺寸,如箱蓋、箱座、軸承端蓋 等等,另外我們還要對高速傳動軸、 軸承進(jìn)行相關(guān)的校核計(jì)算, 以確保理論上的 安全。以上部分是我們進(jìn)行運(yùn)用 Pro/E軟件研究齒輪傳動的準(zhǔn)備工作。我們之后將根據(jù)計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行全部零件的三維實(shí)體建模, 這里要說的 是我們也是剛剛學(xué)習(xí) Pro/E軟件,對于其龐大的實(shí)體造型技能還沒有熟練運(yùn)用, 比如像拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等基本特征的造型以及混合、掃描混合

24、、螺旋掃描、可 變剖面掃描等高級特征的造型, 因此也奮斗了很長時(shí)間去學(xué)習(xí), 最終也掌握了許 多實(shí)體造型技能,遂甚感欣慰!以下我們重點(diǎn)介紹創(chuàng)建大小漸開線斜齒輪和大小直齒輪的創(chuàng)建過程。(1創(chuàng)建基準(zhǔn)曲線啟動 Pro/E軟件,進(jìn)入實(shí)體模塊,打開程序菜單,輸入相關(guān)程序。 再利用關(guān)系菜單功能,實(shí)現(xiàn)小漸開線斜齒輪建模所需的基準(zhǔn)曲線之一 (2創(chuàng)建齒形繼續(xù)加入程序,創(chuàng)建圓柱實(shí)體 繼續(xù)利用關(guān)系進(jìn)行約束第 26 頁 共 36 頁第 頁 共 36 頁 26動態(tài)拉伸并鏡像出漸開線齒形 (3運(yùn)用可變剖面掃描拉伸出斜齒輪一個(gè)齒 (4運(yùn)用陣列功能創(chuàng)建全部輪齒 (5拉伸內(nèi)部階梯軸,并鏡像之前創(chuàng)建的階梯軸和圓柱齒頂圓實(shí)體 (6鏡

25、像,陣列創(chuàng)建另一半輪齒第 27 頁 共 36 頁第 頁 共 36 頁 27第 28 頁 共 36 頁第 頁 共 36 頁 28 (7拉伸,鏡像外部階梯軸 (8繼續(xù)拉伸創(chuàng)建外部輸入軸 第 29 頁 共 36 頁第 頁 共 36 頁 29 對于斜大齒輪的創(chuàng)建,同斜的小齒輪,這里不再具體說明。但還要注意一點(diǎn), 對于齒數(shù)在 20到 40(大約 的齒輪 (漸開線斜齒輪、 直齒輪 , 在建模時(shí), 要注意此時(shí)基圓直徑大于齒根圓直徑, 選擇使用邊進(jìn)行可變剖面掃描 實(shí)現(xiàn)齒形時(shí)要注意,而對齒數(shù)大于 40的齒輪,要注意此時(shí)基圓直徑小于齒根圓 直徑,這里不可像上面齒數(shù)小于 40那樣選擇小直徑的圓作為使用邊,否則造型

26、出的齒輪不標(biāo)準(zhǔn), 另外如果出現(xiàn)齒距角為負(fù)值使得造型難以進(jìn)行的情況, 要注意 采用變位因數(shù),這里我就遇到了這樣的問題,當(dāng)時(shí)十分困惑,后來進(jìn)過分析,終 于 解 決 了 這 個(gè) 難 題 , (我 想 這 也 是 本 設(shè) 計(jì) 過 程 中 比 較 困 難 的 一 個(gè) 。 (1創(chuàng)建基準(zhǔn)曲線,并利用關(guān)系約束(2拉伸延伸、鏡像、合并漸開線齒面 (3陣列齒形面 (4拉伸齒根圓圓柱面,合并創(chuàng)建第 30 頁 共 36 頁第 頁 共 36 頁 30 (5陣列全部齒輪齒形 (6拉伸齒根圓圓柱面,并實(shí)體化,再合并創(chuàng)建全部 (7拉伸、鏡像外伸軸部分 同直小齒輪的創(chuàng)建,但也要注意齒數(shù)的問題 之后我們再運(yùn)用拉伸、抽殼等造型功能實(shí)現(xiàn)箱蓋、箱座等零件的三維實(shí)體。2.2 Pro/E仿真在我們將所有零件造型出后,我們進(jìn)入到 軟件 組件模塊,進(jìn)行所有零件的安裝 在安裝中,要注意放置和