基于SolidWorks的一級圓柱齒輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

PAGE基于SolidWorks的一級圓柱齒輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要通過對農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)大學本科四年的所學知識進行整合，基于SolidWorks，對一級圓柱齒輪減速器進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中包括確定傳動方案，選擇電動機型號，并結(jié)合給定參數(shù)，計算總傳動比以及合理分配各級傳動比，進行主要傳動部件的設(shè)計，主要是皮帶輪傳動、圓柱齒輪傳動的設(shè)計及相關(guān)的校驗，包括模數(shù)的估算及驗證，選擇相應的聯(lián)軸器，達到減速器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并合理設(shè)計軸上尺寸和軸的強度剛度校核，選擇相對應的軸承以及軸承的校核，選擇合適的箱體結(jié)構(gòu)，達到準確減速的目的，通過CAD軟件繪制一級圓柱齒輪減速器的各部件零件圖以及裝配圖，用SolidWorks軟件進行各個部件的三維設(shè)計并完成裝配，達到減速器仿真，實現(xiàn)動畫效果，設(shè)計達到了設(shè)計的預期目標，能滿足工作條件。關(guān)鍵詞：SolidWorks；圓柱齒輪；減速器；結(jié)構(gòu)設(shè)計；三維仿真；AbstractIntegratetheknowledgeofthepastfouryears’ofundergraduatecourseofMachine,inprimarycylindricalgearreducerforstructuredesign,includingdeterminedtransmissionscheme,andchoosethemotormodel.Combiningparameterisgiven,calculatingthetotalratioandreasonableallocatevarioustransmission.Forthemaintransmissionpartsdesign,includingpulleytransmission,cylindricalgearstransmissiondesignandrelevantcalibration.Selectthecorrespondingcouplings,inordetoachievereducerstructureoptimization.Reasonabledesignaxissizeandstrengthoftheaxialrigidity,choosecorrespondingbearingsandbearing.Choosingtheappropriateboxstructure,thepurposetoaccurately.ThroughtheCADsoftwarerenderinglevelofcylindricalgearsreductiongearassemblycomponentsandpartsgraph,useSolidWorkssoftwarecomponentsof3Ddesignandassembly,Achievereducersimulationandanimationeffects,Inaword,thedesignofthemanipulatorhascometotheanticipantobject.Keyways:SolidWorks；Cylindricalgears；Reducer；Structuredesign；3Dsimulation；目錄引言 1第一章傳動方案擬定 21.1主要技術(shù)參數(shù) 21.2設(shè)計傳動方案簡圖 2第二章電動機選擇 32.1、電動機類型的選擇 32.2、確定電動機型號 3第三章計算總傳動比及分配各級的傳動比 43.1總傳動比的計算 43.2分配各級傳動比 4第四章運動參數(shù)及動力參數(shù)計算 54.1計算各軸轉(zhuǎn)速 54.2計算各軸的功率 54.3計算各軸扭矩 5第五章傳動零件的設(shè)計計算 65.1皮帶輪傳動的設(shè)計計算 65.2齒輪傳動的設(shè)計計算 7第六章軸的設(shè)計計算 116.1輸出軸的設(shè)計計算 116.2輸入軸的設(shè)計計算 13第七章滾動軸承的選擇及校核計算 157.1輸入軸承的選擇及校驗 157.2輸出軸承的選擇及校驗 16第八章鍵連接的選擇及計算 178.1軸上鍵的選擇及計算 178.2輸入軸與齒輪聯(lián)接鍵的選擇及計算 178.3輸出軸與齒輪聯(lián)接鍵的選擇及計算 17第九章箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18第十章減速器附件的選擇 2010.1通氣器的選擇 2010.2潤滑與密封件選擇 20結(jié)論 21參考文獻 22謝辭 23需要全套圖紙資料聯(lián)系QQ：1047713170PAGE24引言減速器是原動機和工作機的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩以滿足各種工作機械的需要。在原動機和工作機之間用來提高轉(zhuǎn)速的獨立的閉式傳動裝置稱為增速器。減速器的種類很多，按照傳動形式不同可分為齒輪減速器，蝸桿減速器和行星減速器；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式，分流式和同軸式減速器。齒輪減速器的特點是效率以及可靠性高，工作壽命長，維護方便，因而應用范圍很廣。齒輪減速器按其減速齒輪的級數(shù)可分為單級、兩級、三級和多級的；按其軸在空間的布置可分為立式和臥式；按其運動簡圖的特點可分為展開式、同軸式（又稱回歸式）和分流式等。齒輪減速器主要有圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐圓柱齒輪減速器。本論文設(shè)計的是一級圓柱齒輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對于單級齒輪減速器來說，輪齒可做成直齒、斜齒和人字齒。直齒用于速度較低載荷較輕的傳動；斜齒輪用于速度較高的傳動，人字齒輪用于載荷較重的傳動，而本文采用的是直齒形式。對于一級圓柱齒輪減速器來說，這種減速器已有標準系列的產(chǎn)品，使用時只需結(jié)合所需的傳動功率、轉(zhuǎn)速、傳動比、工作條件和機器的總體布置等具體要求，從產(chǎn)品目錄或有關(guān)手冊中選擇即可。所以本文的主要工作是根據(jù)給定的條件，計算各軸的轉(zhuǎn)速，合理分配傳動比，以及各傳動部件包括皮帶輪、圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及校核工作，合理分配減速器的總體布置，用CAD軟件進行裝配圖和零件圖的繪制，并且運用SolidWorks進行仿真，模仿運動效果。第一章傳動方案擬定1.1主要技術(shù)參數(shù)工作條件：使用年限5年，每年300天。工作為兩班工作制，有輕微振動原始數(shù)據(jù)：帶轉(zhuǎn)速nV=75r/min；減速器輸入功率3kw.1.2設(shè)計傳動方案簡圖第二章電動機選擇2.1、電動機類型的選擇：Y系列三相異步電動機按手冊推薦的傳動比合理范圍，取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍I齒=3~5。取V帶傳動比Iv=2~4，則總傳動比范圍為I總=6~20。故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為n總=I總×n筒=（6~20）×75=430～1500r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750、1000、和1500r/min。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊查出有三種適用的電動機型號。綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，選n=1000r/min

。2.2、確定電動機型號根據(jù)以上選用的電動機類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動機型號為Y132M1-6。其主要性能：額定功率：4KW，滿載轉(zhuǎn)速960r/min。第三章計算總傳動比及分配各級的傳動比3.1總傳動比的計算：i總=n電動/n滾=960/75=12.83.2分配各級傳動比分配各級傳動比i總=ic×Iv該傳動系統(tǒng)由一級帶傳動和一級齒輪傳動組成。分配傳動比時相應保證>所以：取齒輪iv=2.4∵i總=i齒輪×iv∴i齒輪=i總/iv=12.8/2.4=5.33第四章運動參數(shù)及動力參數(shù)計算4.1計算各軸轉(zhuǎn)速n電=960r/minnI=n電/iv=960/2.4=400r/minn=2\*ROMANII=nI/i齒輪=400/5.33=75.05r/min4.2計算各軸的功率P電=4kwP=1\*ROMANI=P電×ηv=4×0.96=3.84kwP=2\*ROMANII=P=1\*ROMANI×ηz×ηc=3.84×0.99×0.97=3.69kwP=P=2\*ROMANII×ηz×η1=3.69×0.99×0.99=3.62kw4.3計算各軸扭矩電動機軸：Td=9550×P電/n電=39.79N.mI軸：TI=9550×PI/nI=91.68N.m軸：T=9550×p/n=469.55N.m工作機主軸：Tw=9550×P/n=460.95N.m第五章傳動零件的設(shè)計計算5.1皮帶輪傳動的設(shè)計計算(1)選擇普通V帶型查表得：kA=1.4PCa=KAP=1.4×4=5.6KW查圖確定：選用A型V帶(2)確定帶輪基準直徑，并驗算帶速由課本圖推薦的小帶輪基準直徑為80~100mm查表得dmin=75mm取dd1=100mmdd2=n電/n1·dd1=960/400×100=240mm查表取dd2=250mm實際從動輪轉(zhuǎn)速n1’=n電×dd1/dd2=960×100/250=384r/min轉(zhuǎn)速誤差為：(n1-n1’)/n1=400-384/400=0.04<0.05(允許)帶速V：V=πdd1n電/60×1000=π×100×960/60×1000=5.03m/s在5~25m/s范圍內(nèi)，帶速合適。確定帶長Ld和中心矩a初定中心距a07(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)7(100+250)≤a0≤2×(100+250)所以有：245mm≤a0≤700mm取a0=500mm由課本P154得：L0=2a0+/2(dd1+dd2)+(dd2-dd1)2/4a0=2×500+1.57(100+250)+(250-100)2/4×500=1560mm查表得：Ld=1600mm根據(jù)課本P154式（8-21）得：a≈a0+（Ld-L0）/2=500+（1560-1600）/2=480mm(4)驗算小帶輪包角α1=1800-(dd2-dd1)/a×57.50=1800-(250-100)/480×57.50=162°＞120°適用。（5）確定帶的根數(shù)Z根據(jù)課本P0=0.97KW△P0=0.11KWKα=0.96KL=0.99得Z=PCa/(P0+△P0)KαKL=5.6/(0.97+0.11)×0.96×0.99=5.4(6)計算軸上壓力由課本表查得q=0.1kg/m，單根V帶的初拉力：F0=500PCa（2.5/Kα-1）/ZV+qV2=500×5.6(2.5/0.96-1)/5×5.03+0.1×5.032=180.63N則作用在軸承的壓力FpFp=2ZF0sin(α1/2)=2×5×180.63sin81°=17840.6N5.2齒輪傳動的設(shè)計計算1）選擇齒輪材料及精度等級（1）考慮單級減速器。小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為280HBS。大齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度240HBS；根據(jù)表選7級精度。硬度差為40HBS。(2)選小齒數(shù)：Z1=20則大齒數(shù)Z2=I齒×Z1=4.7×20=94（3）選螺旋角：=14°2）按齒面接觸強度設(shè)計：即d1t≥[2KtT1/d×(I齒+1)/I齒×(ZHZE/H)2]1/3確定有關(guān)參數(shù)如下：（1）試選載荷系數(shù)Kt=1.6（2）選取區(qū)域系數(shù)ZH=2.43（3）查表得：1=0.782=0.87則=1+2=0.78+0.87=1.65（4）計算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩T1=95.5×105×3/400=7.16×104N.mm（5）查表選取齒寬系數(shù)d=1,材料的彈性影響系數(shù)(6)查得小齒輪的接觸疲勞強度σHlim1=600MP，大齒輪的接觸疲勞強度σHlim2=550MP。（7）計算應力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=60×400×2×8×300×5=N2=/4.76=（8）由課本查得接觸疲勞的壽命系數(shù)：KHN1=0.90KHN2=0.95（9）計算接觸疲勞許用應力取失效率為1%安全系數(shù)S=1。[H1]=KHN1σHlim1/S=0.9×600=540MP[H2]=KHN2σHlim2/S=0.95×550=522.5MP[H]={[H1]+[H2]}/2=(540+522.5)/2=531.25MP3)計算：（1）試算小齒輪的分度圓直徑d1t=[2×1.6×7.64×108/(1×1.65)×4.7/5.7×()2]1/3=45.16(2)計算圓周速度=d1tnI/（60×1000）=3.14×45.16×400/60000=0.9m/s(3)計算齒寬b及模數(shù)mntb=d×d1t=45.16mmmnt=d1tcos/Z1=45.16×cos14°/20=2.19h=2.25mnt=2.25×2.19=4.9b/h=9.22(4)計算縱向重合度=0.318dZ1tan=0.318×1×tan14°=1.59(5)計算載荷系數(shù)查表KA=1.25根據(jù)V=0.9m/s及精度查表得Kv=1.1。KH=1.12+0.18（1+0.6d）d2+0.23×10-3=1.418查表KF=1.03，KH=KF=1.4。故載荷系數(shù)K=KAKvKHKH=1.25×1.1×1.4×1.418=2.73（6）按實際載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑d1=d1t=53.96mm計算模數(shù)mn=d1cos/Z1=53.96×COS14°/20=2.64)按齒根彎曲強度設(shè)計：計算載荷系數(shù)：K=KAKvKFKF=1.25×1.1×1.4×1.03=1.98根據(jù)縱向重合度查表得螺旋角影響系數(shù)Y=0.86計算當量齒數(shù)=21.98=96.9查取齒形系數(shù)=2.72=2.21=1.57=1.77齒輪彎曲疲勞強度極限查圖得：=500MP=380MP查圖疲勞壽命系數(shù)為=0.85=0.88計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4=/S=0.85×500/1.4=303.57MP=/S=0.88×380/1.4=238.86MP計算大小齒輪的/并加以比較/=2.72×1.57/303.57=0.014/=2.21×1.77/238.86=0.016大齒輪的數(shù)值大。設(shè)計計算：mn≥=1.81mm對比計算結(jié)果，由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)小于按接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)。取mn=2，已滿足彎曲強度，但為了滿足接觸疲勞強度。需按接觸面疲勞直徑=84.77計算應有齒數(shù)。==84.77×cos14°/2=41=i齒輪×=1935）計算中心距a(1)a==×2=242mm(2)修整螺旋角==14.78°計算大小圓分度圓直徑=84.5mm=397.94mm圓整為85mm和400mm.(4)計算齒輪寬度：b==1×45.16=45.16.圓整后取B2=50mmB1=55mm.(5)計算齒輪圓周速度V==3.14×85×400/60000=1.78m/s.第六章軸的設(shè)計計算6.1輸出軸的設(shè)計計算1、按扭矩初算軸頸選用45#調(diào)質(zhì)，硬度217~255HBS根據(jù)設(shè)計手冊取C=110d≥=110=38.6考慮到鍵槽的影響d=38.6×105%=40.06.取d=40mm.2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1）軸的零件定位和裝配單級減速器，齒輪左面用軸肩定位，右面用套筒軸向定位。周向定位采用鍵和過度配合，兩軸承分別以軸承肩和套筒定位，周向定位則用過度配合和過盈配合。軸呈階梯狀，左軸承從左面裝入，齒輪套筒，右軸承和皮帶輪依次從右面裝。2）確定軸的各段直徑和長度初選7210C型交接觸球軸承，內(nèi)徑為50mm寬度為20mm.d1=40mm估算。d2=45mmd3=50mm由軸承內(nèi)徑估算。d4=55mmd5=d4+2h=55+2×10=75mmh=(0.07d+3)～(0.1d+5)取h=10mm.d6=56mm由da估算。d7=50mm由軸承內(nèi)徑估算。長度確定：L1=110mm由設(shè)計手冊選軸的長系列。L2=52mm軸外伸30mm左右+軸承端蓋20mm+擋油環(huán)2mm=52mmL3=40mm軸承寬20mm+套筒20mmL4=48mm根據(jù)齒輪寬。L5=14mm(L5=1.4h=1.4×10=14mm)L6=20mmL7=20mmL總=304mm3)各支撐點間距=10+20+48+14+20+10=122mm=10+20+24=54mm4)按彎扭復合強度計算（1）分度圓直徑=85mm（2）求轉(zhuǎn)矩：=95.50××/=414095.1N.mm（3）求圓周力=2/d4=2×414095/55=15058N。軸向力=tan20°=5480.4N繪制軸受力簡圖：a（2）繪制垂直面彎矩圖（如圖b）軸承支反力：徑向力繪制水平面和垂直面的彎矩圖及合彎矩圖（如上圖）扭矩圖繪制當量彎矩圖如圖f取折合系數(shù)=0.6則N.m（6）校核危險截面C的強度=44.9mm考慮鍵槽的影響d=44.9×105%=47.13＜d4=55mm。此軸強度足夠。6.2輸入軸的設(shè)計計算1、按扭矩初算軸徑選用45#調(diào)質(zhì)鋼，硬度（217~255HBS）根據(jù)設(shè)計手冊表取c=110mm,d=c23.38mm取d=25mm選軸承型號為7209C角接觸球軸承。內(nèi)徑為45mm寬16mm.確定各段直徑及長度d1=25mml1=82mmd2=30mml2=40mmd3=40mml3=48mmd4=45mml4=52mmd5=70mml5=11mmd6=47mml6=12mmd7=40mml7=16mm按彎扭復合強度計算求圓周力Ft=2T1/n1=4074.7N求徑向力Fr.Fr=Ft·tanα=40746.7×tan20°=1483.1N求支反力FAY、FBY、FAZ、FBZ、MC1、MC2FAY=748.09NFAZ=2055.36NFBY=734.96NFBZ=2019.31NMC1=41.89N.mMC2=115.1NMC==122.49N校核已知T1=91.68N取=0.6，Me==134.27N.m=60mm考慮鍵槽的影響，d=60×105%=63mm＜65mm.此軸強度足夠。第七章滾動軸承的選擇及校核計算根據(jù)條件，軸承預計壽命2×8×300×5×1/3=8000h7.1輸入軸承的選擇及校驗1）兩軸承徑向反力：=748.09N=734.96N=2055.36N=2019.3N初選角接觸球軸承7209C型。=N==2148.9N2）計算軸向力：初取e=0.4=0.4=874.9N=0.4=859.56N∵=0∴查設(shè)計手冊=0.42再算：=0.41=896.78N=0.42=902.54N兩次值相差不大。因此=0.42。3）求當量載荷P1和P2∵/=0.413＞/=0.417＞∴查表得=1.31.3有輕微沖擊取=1.1.=1.1×(0.43×2187.27﹢1.30×902.54)=2326.21N=2298.83N4)驗算壽命：∵＞∴按計算。=25635＞8000∴預期壽命足夠。7.2輸出軸承的選擇及校驗已知選角接觸球軸承7210C型。選e=0.57。8391.6N7092.5N=0.57=4783.2N=0.57=4042.7N===4042.7N==4783.2N/=0.12/=0.15。/=0.48＜e=0.57/=0.67＞e=0.57∴查表得：=0=0.18取fp=1.1。==9230.76N==4379.8N∵＞∴按計算：=13069.6＞8000h∴預期壽命足夠。第八章鍵連接的選擇及計算8.1軸上鍵的選擇及計算軸徑d1=25mm,L1=82mm查手冊得，選用C型平鍵，得：鍵A8×7l=L1-b=82-8=74mmT=91.68N.m,k=7mm.σp=2T1/kld=2×91680/7×74×25=14.16MP＜100MP此鍵合格。8.2輸入軸與齒輪聯(lián)接鍵的選擇及計算采用平鍵聯(lián)接軸徑d4=45mmL4=52mm.查手冊選A型平鍵鍵14×9l=L4-b=52-14=38mm。k=9σp=2T1/kld=2×91680/9×48×35=11.9＜100MP合格。8.3輸出軸與齒輪聯(lián)接鍵的選擇及計算軸徑d4=55mmL4=48mm選A型平鍵。鍵16×10l=L4-b=48-16=32mm。σp=2TII/kld=2×414100/(10×32×55)=47.06＜100MP.所以此鍵合格。第九章箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計名稱符號結(jié)構(gòu)尺寸/mm齒輪減速器8.26812.39=12=20.65mm=8=7hh=252=25D2D2=140=20n=4=25第十章減速器附件的選擇10.1通氣器的選擇由于在室內(nèi)使用，選通氣器（一次過濾），采用M18×1.5油面指示器選用游標尺M16起吊裝置10.2潤滑與密封件選擇齒輪的潤滑采用浸油潤滑，由于低速級周向速度為，所以浸油高度約為六分之一大齒輪半徑，取為35mm。滾動軸承的潤滑由于軸承周向速度為，所以宜開設(shè)油溝、飛濺潤滑。潤滑油的選擇齒輪與軸承用同種潤滑油較為便利，考慮到該裝置用于小型設(shè)備，選用L-AN15潤滑油。密封方法的選取選用凸緣式端蓋易于調(diào)整，采用悶蓋安裝骨架式旋轉(zhuǎn)軸唇型密封圈實現(xiàn)密封。密封圈型號按所裝配軸的直徑確定為（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。軸承蓋結(jié)構(gòu)尺寸按用其定位的軸承的外徑?jīng)Q定。結(jié)論本設(shè)計通過對農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)大學本科四年所學知識進行整合，完成一個特定功能、滿足工作要求的一級圓柱齒輪減速器的設(shè)計，比較好地體現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平、實踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強的針對性和明確的實施目標，實現(xiàn)了理論和實踐的有機結(jié)合