基于SOLIDWORKS的双极三轴圆柱齿轮减速器的设计

目 录1 绪论11.1 圆柱齿轮减速器国内外研究现状11.2 实体造型软件的选择21.3 本文研究的主要内容42 减速器的参数设计42.1 传动简图说明42.2 设计原始数据52.3 机构传动比分配及电机的选择52.6 滚动轴承的选择112.7 轴的尺寸设计112.7.1 轴1的设计112.7.2 轴2的设计112.7.3 轴3的设计112.7.4 各轴的结构简图112.8 连接键的选择122.8.1 连接联轴器2和轴1的键122.8.2 连接轴2和齿轮2的键的选择122.8.3 连接轴2和齿轮3的键的选择122.8.4 连接轴3和齿轮4的键的选择122.8.5 连接联轴器4与轴3的键的选择123 构件参数校核123.1 校核轴承的使用寿命123.3 校核键的强度154 润滑与密封155 减速器附件的选择及结构简图165.1 窥视孔及窥视孔盖165.2 放油孔及放油螺塞M18175.3:油标M16175.4 通气孔M12175.5 起盖用螺钉185.6 定位销M10185.7 凸缘式轴承端盖185.8 减速器装配过程196 结束语19致谢20参考文献211 绪论1.1 圆柱齿轮减速器国内外研究现状50年代初期，减速器制造仅是按得到的样机及资料仿制，品种少、结构简单，未形成系列。沈阳变压器厂在1953年翻译了苏联图纸，建立起仿苏的产品系列并开始试制，并于1956年试制成功仿苏220kY油浸绝缘电压减速器，1958年试制成功仿苏220kY油浸绝缘电流减速器。此，中国已可以制造05kV220kV各种规格的电流减速器和电压减速器并形成了系列。958年后开始在仿制产品的基础上自行设计。沈阳变压器厂、华通开关厂试制成功l0kV环氧树脂浇注电流减速器，取代了仿苏产品。同时对油浸绝缘减速器进行了改型设计，形成了新的减速器系列。0年代后，沈阳变压器研究所先后组织了多次全国统一设计，完成了05kV干式电流、电压减速器，l0V浇注绝缘电流、电压减速器，35kV油浸绝 缘电流、电压减速器，110kV油浸绝缘电流、电压减速器新系列的设计、试制，提高了产品的技术性能，使产品更符合中国国内市场的需要。1970年后，我国减速器的整体技术水平有了更大的提高，品种日益增加。沈阳变压器厂先后又试制成功330kV和500kV油纸绝缘电流减速器。西安电力电容器厂也试制成功500kV电容式电压减速器。 各减速器制造厂也不断对产品进行改进和完善，我国已具有当时国际上减速器行业最高电压等级的产品制造能力。 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有40余种。减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的减速器。圆柱齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。当前减速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问题。减速器制造方面，国内目前生产厂家数目众多，如对各种类型的圆柱齿轮机圆锥圆柱齿轮或者齿轮蜗杆减速机系列产品.在各类专用传动装置的开发机制造方面，国内近几年取得的明显的进展，如重庆齿轮箱有限责任公司生产的MDH28型磨机边缘驱动传动装置，其最大功率已达7000KW，传动转矩达5000KN.m，总重46吨，生产的1700热连轧主传动齿轮箱子的最大模数为30，重量达180吨。由杭州前进齿轮箱有限公司生产的gwc70/76型1.2万吨及装箱船用齿轮箱，传动功率已达6250KW。由南京高精齿轮股份有限公司及重庆齿轮箱有限公司生产的里磨系列齿轮箱最大功率已达3800KW，由西安重型机械研究所、洛阳重重齿轮箱有限公司、荆州巨鲸传动机械有限公司等开发制造的重载行星齿轮箱系列产品在矿山、冶金、建材、煤炭及水电等行业也都得到了广泛应用，其中西安重型机械研究所开发的水泥行业辊压机悬挂系列行星齿轮箱的输入功率已达1250KW，用于铝造轧机的行星齿轮箱有司责任公司、杭州前进出论箱有限公司、西安重型机械研究所开发的风力发电增速箱系列产品也逐步取代进口产品，广泛应用于国内风电行业。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。最近报导，日本住友重工研制的FA型高精度减速器，美国Alan-Newton公司研制的X-Y式减速器，在传动原理和结构上与本项目类似或相近，都为目前先进的齿轮减速器。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。目前，超小型的减速器的研究成果尚不明显。在医疗、生物工程、机器人等领域中，微型发动机已基本研制成功，美国和荷兰近期研制的分子发动机的尺寸在纳米级范围，如能辅以纳米级的减速器，则应用前景远大。减速器业涉及的产品类别包括了各类齿轮减速机、行星齿轮减速机及蜗杆减速机，也包括了各种专用传动装置，如增速装置、条素装置、以及包括柔性传动装置在内的各类复合传动装置等，产品服务领域涉及冶金、有色、煤炭、建材、船舶、水利、电力、工程机械及石化等行业。其作为传动机械行业里的一个重要的分支，在机械制造领域中扮演着越来越重要的角色。近几年，随着中国产业经济的迅猛发展，减速器业在国内也取得了日新月异的进步。1.2 实体造型软件的选择功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，设计过程最简便、最方便的莫过于SolidWorks了。就像美国著名咨询公司Daratech所评论的那样：“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。”在无与伦比的设计功能和易学易用的操作，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。强大的绘图自动化强化性能使得设计师能够以前所未有的速度从大型装配件创造产品级的工程图。新的轻化制图工具使得用户无需加载每一个部件到内存就能创建装配图。只需拖拽并释放一个装配件到工程图中，用户就能够在10秒钟左右生成包括10,000个组件的装配件2D图。许多系统不能创建这样一个大型装配视图。SolidWorks 2005 还使得设计工程师第一次能够为零件种类多、数量庞大和配置复杂的多个项目生成一个单一的材料清单，这是加速设计到生产的一个关键环节。其他重要的新的制图自动化包括自动序号标注、孔汇总表和修订跟踪表。省时、提高生产力这样的特性使得产品看起来更好，性能更佳，在市场上也更受欢迎。没有任何其他软件能够与SolidWorks的性能相媲美，SolidWorks 能够比与之竞争的2D产品快10倍地生成工程图注释也是吸引2D软件用户迁移到3D软件的一个重要原因。SolidWorks 可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。用智能零件技术自动完成重复设计。智能零件技术是一种崭新的技术，用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中，而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的装配。镜像部件是SolidWorks 技术的巨大突破。镜像部件能产生基于已有零部件（包括具有派生关系或与其他零件具有关联关系的零件）的新的零部件。SolidWorks 用捕捉配合的智能化装配技术，来加快装配体的总体装配。智能化装配技术能够自动地捕捉并定义装配关系.olidWorks 提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。工程图是全相关的，当你修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。从三维模型中自动产生工程图，包括视图、尺寸和标注。增强了的详图操作和剖视图，包括生成剖中剖视图、部件的图层支持、熟悉的二维草图功能、以及详图中的属性管理员。使用RapidDraft技术，可以将工程图与三维零件和装配体脱离，进行单独操作，以加快工程图的操作，但保持与三维零件和装配体的全相关。用交替位置显示视图能够方便地显示零部件的不同的位置，以便了解运动的顺序。交替位置显示视图是专门为具有运动关系的装配体而设计的独特的工程图功能。SolidWorks 提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁 特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。通过对特征和草图的动态修改，用拖拽的方式实现实时的设计修改。三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径，或为管道、电缆、线和管线生成路径。通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面。可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等曲面的操作。最新版本的SolidWorks 2009提供了一种快速预览三维轻量化模型的技术，使得大装配模型的显示速度进一步提高。同时，支持在设计界面下的真三维显示效果，达到了以往专门的三维渲染软件的显示效果。方便地编辑大装配件。可以便捷地从大装配件中选取一部分零部件进行显示、编辑，进行运动仿真。强化了SWIFT技术。在 SolidWorks 2007 已经推出的Sketch Expert、Mate Expert和Feature Expert的基础上，又推出了Corner Expert（在复杂的拓扑结构中自动生成合理的圆角）、Tolerance Expert（合理分配公差）和Large Assembly Expert（检查大装配是否正确），帮助客户更加简便地生产零件和装配结构。最大限度地减少客户的重复操作，使用户在使用过程中，更加专注于设计本身。SolidWorks以往的版本中已经加入了CosmosXpress，让工程师在设计过程中可以体验仿真分析的效果。而SolidWorks2008中将提供Cosmos MotionXpress（运动仿真分析）、Cosmos FloXpress和DFMXpress（可制造性的分析）等模块，使得工程师能够更好地进行设计验证。为了更好地满足设计要求，SolidWorks作为最先进的实体造型软件成为设计的首选软件。1.3 本文研究的主要内容基于SolidWorks的双级三轴线圆柱齿轮减速器的设计就是根据原始的给定参数，如轴的转速，工作载荷等，设计计算减速器各个结构的尺寸。从而运用实体造型软件SolidWorks绘制出实体，检查减速器设计尺寸的合理性，并进行模拟运动仿真。2 减速器的参数设计2.1 传动简图说明电机1通过联轴器2将动力传入减速器3,减速器输出轴通过联轴器4与开式齿轮6连接把动力传递到运输机的鼓轮7上,从而带动传送带5工作.(图示输送带紧边在上,向左前进)图1 1:电动机 2:联轴器 3:减速器 4:联轴器 5:带式运输机 6:开式齿轮 7:鼓轮2.2 设计原始数据1运输机鼓轮上的圆周力10000N2运输机输送带速度0.375m/s3运输机鼓轮直径500m4运输带速度允许偏差为5%5减速器的设计寿命为5年6工作情况:二班制,连续工作2.3 机构传动比分配及电机的选择设工作机构所需输入功率为w，已知卷筒的传动效率为0.96可知:P w=F.V/1000.0.96=390625KW查表可知:联轴器的传动效率为0.99,轴承的传动效率为0.99,齿轮的传动效率为0.92,双级齿轮减速器的传动效率为0.95,则:工作机构的总效率=0.99.0.99.0.99.0.99.0.92.0.95=0.8396卷筒的工作转速=60.1000.V/3.14.DD=500mm,V=0.375m/s卷筒的工作转速=143.3r/min查表可知双级齿轮传动比i双Fd1可知轴承1被压紧,轴承2被放松 Fa1= FaeFd2=2032N , Fa2=Fd2=713.2N查表知轴承基本额定静载荷C0=30500NFa1/ C0=0.067, Fa2/ C0=0.023利用线性插值法:0.067介于0.058与0.087之间,二者分别对应的数值是0.43和0.46e1=(0.0670.058)/(0.0870.058)(0.460.43)0.43=0.4390.023介于0.015和0.029之间, 二者分别对应的数值是0.38和0.40e2=(0.0230.015)/(0.0290.015)(0.40.38)0.38=0.391Fd1=e1.Fr1=1481.2N ,Fd2=e2.Fr2=648.5NFa1=FaeFd2=1967.5N , Fa2=Fd2=648.5NFa1/ C0=0.065 , Fa2/C0=0.021 二者相差不大 ,所以确定e1=0.439, e2=0.391Fa1=1967.5N , Fa2=648.5N , Fa1/Fr1=0.58e1 Fa2/Fr2=0.391=e20.065介于0.087和0.058之间,二者对应的数值分别为1.23和1.30利用线性插值法得:Y1=1.3(0.0650.058)/(0.0870.058)0.07=1.283,X1=0.44Y2=0 , X1=1,fp取1.1则P=fp(X.FrY.Fa)P1=1.1(0.4433741.2831967.5)=4409.7 , P2=1.11658.5=1824.35因为P1P2,所以按P1计算:Lh=1000000/(6057.42)(721000/4409.7)=174423小时实际使用寿命为Lh=536528=29200小时由于 Lh Lh 所以轴承满足寿命要求3.2 校核的强度在减速器内部的三根轴中,在中间的轴承受载荷最大,只校核它的强度把轴2的受力分解在水平面和铅垂面上:水平面上FNH1=2964.6N, FNH2=1653.4N,垂直面上FNr1=136.6N , FNr2=1611N图11 水平面上弯矩图图12 垂直面上弯矩图:图13 总弯矩图Mmax=4.885100000N.m图14 扭矩图ca=(M/W)4(.T/2W)=34.46h=60MPa3.3 校核键的强度连接齿轮4与轴3的键的强度 L=80mm bh=1610键与轮毂槽的接触高度k=0.5h=5 ,T=698.7 , p=2698.71000/(55780)=61.3pp=110MPa,故安全4 润滑与密封减速器采用脂润滑的润滑方式,润滑油牌号:HJ-50,密封装置:挡油环,毡封油圈图15 挡油环结构简图5 减速器附件的选择及结构简图5.1 窥视孔及窥视孔盖图16 窥视孔盖剖视图图17 窥视孔盖上视图D4=6,A=6,A1=A+(56)D4,A2=0.5(A+A1),B1=箱体顶部宽-（1520）， B=B1-(56)D4,B2=0.5(B+B1),R=5,H根据要求自行设计5.2 放油孔及放油螺塞M18图18 放油孔剖视图D0=26,L=23,l=12,a=3,D=19.6,S=17,D1=175.3:油标M16图19 油标结构尺寸图D=26mm,D1=22mm,d1=4mm,d2=16mm,d3=6mm,h=35mm,a=12mm,b=8mm,c=5mm5.4 通气孔M12图20 通气孔剖视图D=22mm,D1=19.6mm,S=17mm,L=23mm,l=12mm,a=2mm,d1=5mm5.5 起盖用螺钉图 21 起盖螺钉剖视图起盖螺钉的螺纹长度要大于箱盖连接凸缘的厚度，钉杆端部要做成圆柱形，加工成大倒角或半圆形，以免顶坏螺纹5.6 定位销M10图22 起盖螺钉剖视图d=(0.70.8)d2,d3为箱体连接螺栓的直径，斜度为1：505.7 凸缘式轴承端盖图23 轴1轴2轴承端盖图24 轴3轴承端盖D0=D+2.5d3,D2=D0+2.5d3,e=1.2d3,D4=D-(1015)mm,b=(510)mmD为轴承外径5.8 减速器装配过程对于轴的装配要先把键打入相应的键槽中,接着安装对应的齿轮,然后安装挡油环,轴承.有必要的还要安装密封毡圈.装配减速器箱座时应先在其一侧安装轴承端盖用来定位各轴.然后把各轴装配在对应的各个轴孔中,最后把另一侧的轴承端盖安装上.用螺栓把箱座与箱盖装配完后应安装油标,窥视孔盖,通气孔等附件.6 结束语本文详细介绍了双级三轴线圆柱齿轮减速器的设计过程，在设计过程中，详细介绍了各个机构参数的每一个过程，即使不是很精通的也能很快，很清晰地理解减速器设计的特点。在利用SolidWorks进行实体造型上，可以通过改变草图中的相关尺寸，生成一系列的实体图，并且结合软件的干涉检查自动找出不足之处，很大程度上使设计更加简便。在装配过程中采用SolidWorks软件可以方便、快捷的完成减速器运转的动画演示，同时SolidWorks软件还可以对减速器机构的各个零件进行爆炸演示，这样可以大大提高演示效果，也提高了可欣赏性和艺术性，既方便了演示又可使观看者很容易理解装配过程。致谢本论文是在悉心指导和帮助下完成的，从软件的学习、减速器结构参数的分析、机构构件的设计以及装配过程中问题的解决指导老师都给予了殷切指导和关注，并提出许多中肯的建议，使论文和模拟演示得以最终完善。指导老师学识渊博，治学严谨，开拓进取、责任心强，毕业设计期间，我除了学到许多专业知识外，还从导师身上学到对工作高度负责的精神和对知识一丝不苟的态度。所有这些都将使我受益终生。在此，我要衷心感谢我的指导老师，感谢他们在指导我做毕业设计期间对我们无私的关怀和耐心细致的指导，同时，也衷心的感谢在毕业设计期间关心、支持、帮助过我的全体同学！并向他们致以崇高的敬意！参考文献1 宋爱平CAD/CAM技术综合实训指导书机械工业出版社,20062 王隆太机械CAD/CAM技术机械工业出版社,20043 曹岩,赵汝嘉Solidworks2003基础篇机械工业出版社,20034 胡仁喜,郭军Solidworks2005高级应用实例机械工业出版社,20055 郑文纬,吴克坚机械原理(第七版) 高等教育出版社,19966 孙桓机械设计(第八版) 高等教育出版社,20007 陆品，秦彦斌机械原理（第六版）西安大学出版社 20088 陆杰机械设计基础清华大学出版社 20059 师忠秀机械原理课程设计机械工业出版社200310 邢启恩SolidWorks2007国标工程图精粹 机械工业出版社200711 魏铮SolidWorks2004模具设计魏铮 机械工业出版社 200812 詹维迪SolidWorks高级应用教程机械工业出版社200813 濮良贵,记名刚 高等教育出版社 200514 陈立德 高等教育出版社 200515 龚佳义 高等教育出版社 198716黄晓燕,李德群 基于SolidWorks和Excel的渐开线圆柱齿轮的设计 机械设计与制造 ,2008年 02期17 梁立军, 张威, 谭威. SolidWorks与AutoCAD相结合生成渐开线齿轮三维实体模型 沈阳航空工业学院学报 , 2004年03期22