基于solidworks的二级减速器建模 本科毕业设计

四川文理学院本科毕业设计 分类号 UDC 单位代码 10644 密 级 公 开 学 号 2011050418 本科毕业设计 基于solidworks的二级减速器建模学生姓名： 二级学院： 物理与机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化 班 级： 学 号： 2 指导教师： 完成时间： 年 月 日 中 国 达 州 年 月1 Xxxxx学院本科毕业设计目 录摘要3Abstract41.绪论52. 二级直齿圆柱齿轮减速器设计62.1 设计参数62.2 传动装置总体设计62.3 选择电动机72.3.1计算电动机所需功率P72.3.2确定电动机转速72.4 确定传动比82.5 计算传动装置的运动和动力参数82.5.1 各轴转速92.5.2 各轴输入功率92.5.3各轴输入转矩92.6 高速级大小齿轮的设计102.6.1 材料102.6.2 齿面接触强度设计112.6.3 验算轮齿弯曲强度112.6.4高速级齿轮各参数尺寸122.7 低速级大小齿轮的设计122.7.1 材料122.7.2 齿面接触强度设计132.7.3 算轮齿弯曲强度142.7.4 低速级齿轮各参数尺寸142.8 设计V带和大带轮152.8.1 确定V带型号,计算PC152.8.2 确定带轮的直径，验算带速152.8.3 确定V带基准长度和中心距a152.8.4 算小带轮包角162.8.5 V带根数Z162.9 验算总运动误差162.10 减速器机体结构尺寸如下172.11 轴的设计182.11.1 第一根轴设计及校核182.11.2 第二根轴的设计及校核222.11.3 第三根轴的设计及校核252.12高速轴大齿轮、低速轴大齿轮的设计292.13 联轴器的选择302.14 润滑方式302.15 减速器附件设计302.15.1 窥视孔盖和窥视孔302.15.2 放油螺塞302.15.3 油标302.15.4 通气器312.15.5 启盖螺钉312.15.6 定位销312.15.7 环首螺钉、吊环和吊钩313.减速器的三维建模及组装323.1轴承的造型323.2轴承端盖的造型323.3 上箱盖的三维造型333.4 下箱体的三维造型333.5 箱体的装配344. 总结35参考文献:36致 谢37基于solidworks的二级减速器建模机械工程及自动化2011级x班：xxx 指导教师：xxx摘要：本设计讲述了带式运输机的传动装置二级直齿圆柱齿轮减速器的设计过程。首先进行了传动方案的评述，选择齿轮减速器作为传动装置，然后进行减速器的设计计算，并通过对各个零件的分析阐述了减速器各部件的装配关系及其工作原理。此外设计采用SolidWorks对其三维建模及装配，使得设计的减速器更加形象具体化，让人一目了然。然后通过SolidWorks转换为二维图纸，完成齿轮减速器的二维平面零件图和装配图的绘制。关键词：减速器；SolidWorks；三维建模；模型装配 41 Secondary reducer modeling based on solidworksMechanical engineering and automation The class x of grade 2011:Xxx The instructor: xxxAbstract: the design of belt conveyor drive - level 2 straight tooth cylindrical gear reducer design process. First has carried on the transmission scheme, selecting gear reducer as transmission device, then the calculation of the design of the speed reducer and through the analysis of each part expounds the reducer parts assembly relation and its working principle.Moreover design using SolidWorks 3d modeling and assembly to its, make the image design of the reducer is more specific, let a person be clear at a glance. Then through SolidWorks is converted into 2d drawings, complete gear reducer of two-dimensional plane part drawing and assembly drawing.Keywords:reducer; SolidWorks;3D modeling;assemblymodel1.绪论本论文以二级圆柱齿轮减速器为例，对各级传动齿轮、轴、轴承、键、箱体等进行设计计算，并且进行三维造型，进一步对齿轮，轴，键等一些重要零件的强度、刚度、稳定性进行了仔细的校核。利用SolidWorks软件进行齿轮、轴、轴承、轴承端盖、箱体等零部件的三维造型，最终装配成一台二级圆柱直齿轮减速器，验证设计结果的正确性，并让其得到最直接的体现。此外减速器及齿轮技术发展的总趋势为“六高、二低、二化”：六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率；二低即低噪声、低成本；二化即标准化、多样化1。采用SolidWorks等CAE方法设计机械零部件，可缩短设计周期，节约设计成本，提高设计正确性。通过完成本设计，可掌握机械设计的一般程序、方法、设计规律、技术措施，了解现代CAD设计方法，为以后的学习和工作积累经验，锻炼解决问题的能力，所以本课题的研究具有重要意义2。在本次设计中采用SolidWorks来进行零部件的三维造型及装配，在过程中加深了对减速器的理解，强化对软件的运用。SolidWorks的软件功能十分强大，但是组件有点多。同时SolidWorks功能强大，学习简单，设计方便等特点让它成为了先如今运用最为广泛机械制图的软件之一。对于每一个从事机械设计工作的人来说，SolidWorks操作十分的简单，同时学习也方便，运用也方便，对于电脑配置的要很容易满足。同时，在运用该软件绘图修改也很方便，即使是组装好的三维模型，如果需要修改的时候也直接打开装配体上的零件，然后对其修改，再修改完后装配体上也会完成修改，更加方便快捷。2. 二级直齿圆柱齿轮减速器设计2.1 设计参数1.要求：拟定传动方案：由电动机、V带、减速器、联轴器、工作机构成。2.工作条件：双班制工作，有轻微振动，小批量生产，单向传动，减速器使用年限为5年，轴承寿命2年，运输带允许误差5%。3.已知数据：运输带卷筒转速为了37r/min,减速箱输出轴功率P=3.75马力。 2.2 传动装置总体设计1 ）组成：传动装置由电动机、减速器、工作机组成。2 ）特点：齿轮的位置不对称，故沿轴向载荷分布不均匀，对轴的刚度有很大的要求。3）确定传动方案：图2-1 设计传动简图2.3 选择电动机 2.3.1计算电动机所需功率P 电机所需功率 查参考文献3第3页表1-7： 每对轴承传动效率：0.99 联轴器的传动效率：0.99 平皮带的传动效率：0.96电动机到工作机之间的传动装置的总效率： （2-1）带入数据得： （2-2） 2.3.2确定电动机转速 查参考文献4第7页表1：V带适合传动比为2-4， 二级圆柱齿轮减速器适合传动比为i=8-40所以电动机转速的可选范围是：nd=nW(24)(840)=8001600r/m 符合这一范围的电动机转速有：1000r/m、1500r/m。根据电动机所需要的功率和转速查参考文献3第155页表2-1有2种适用的电动机型号，因此有2种传动比方案如下：表2-1 电动机型号选择方案电动机型号额定功率KW同步转速r/min额定转速r/min重量Kg总传动比总传动比V带传动减速器1Y100M-44150014404369.83.7518.862Y132M1-6410009607546.533.3313.97考虑到电动机价格和它的尺寸、重量、和带传动的传动方式、减速器的传动比等因素，第2种方案更能符合要求，所以选用电动机型号为Y132M1-6，其主要参数如下：表2-2 电动机的主要参数型 号额定功率 额定电流 转速 效率 功率因数 堵转转矩堵转电流最大转矩噪声振动速度 重量额定转矩额定电流额定转矩1级2级kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skgY132M1-649.496084.00.82.06.52.266711.875 2.4 确定传动比 总传动比： 分配传动比：取, 则 取 经计算 2.5 计算传动装置的运动和动力参数 将装置上的各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴、3轴、4轴. 2.5.1 各轴转速 （2-3） （2-4） （2-5） （2-6） 2.5.2 各轴输入功率 （2-7） （2-8） （2-9） （2-10） 2.5.3各轴输入转矩 （2-11） （2-12） （2-13） （2-14）运动和动力参数结果如下表：表2-3轴的参数轴名功率P 马力转矩T Nmm转速r/min输入输出输入输出电动机轴4.52942539601轴4.2944.17942533067023202轴4.174.043067027669459553轴4.043.967669457517583704轴3.967517583702.6 高速级大小齿轮的设计 2.6.1 材料 查参考文献5表10-1 高速级小齿轮选用，齿面硬度为220HBS。高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为190HBS。 查参考文献5第210页图10-25（d）得： 查参考文献3第165页表11-4得： （2-15） （2-16） 查参考文献5第209页图10-24(c)得： 查参考文献5第165页表11-4得：故 （2-17） （2-18） 2.6.2 齿面接触强度设计 8级精度制造，查参考文献5第195页表10-3得：均匀载荷，载荷系数；由于是非对称分布，取齿宽系数：取 高速级传动比：,区域系数： 计算中心距： 可取160,165,170等；m可以取2.5,3,4等。 当取，取m2.5时， 反求不合理 当取，取m3时，反求很接近 调整数据，令,返回运算验证，得 当取，取m3时，反求不合理 当取，取m3时，反求不合理 所以令， m3, ， 传动比： 分度圆直径： 齿宽： 取 ， 高速级大齿轮：，高速级小齿轮：， 2.6.3 验算轮齿弯曲强度 查参考文献5第200页图10-17得 按最小齿宽 （2-19） （2-20） 所以安全。 齿轮的圆周速度： （2-21） 2.6.4高速级齿轮各参数尺寸 , , , 2.7 低速级大小齿轮的设计 2.7.1 材料 高速级小齿轮选用，齿面硬度为220HBS。高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为190HBS。 查参考文献5第210页图10-25（d）得： 查参考文献5第165页表11-4得： 故 （2-22） （2-23） 查参考文献5第209页图10-25（c）得： 故 （2-24） （2-25） 2.7.2 齿面接触强度设计 8级精度制造，查参考文献5第194页图10-8得： 均匀载荷，载荷系数；由于是非对称分布，取齿宽系数：取高速 级传动比：,区域系数： 计算中心距： 所以可取210，215,220等；m可以取2.5,3,4等。 当，取时，, ，反求合理。 调整数据 令,返回验证 所以令， 传动比： 分度圆直径： 齿宽： 则取, 低速级大齿轮： , 低速级小齿轮： , 2.7.3 算轮齿弯曲强度 查参考文献5第200页图10-17得： , , 按最小齿宽 （2-26） （2-27） 所以安全。 2.7.4 低速级齿轮各参数尺寸 , , 2.8 设计V带和大带轮2.8.1 确定V带型号,计算PC查参考文献5表13-6得：双班制工作，工作时间为16小时， 则 根据=4.316KW nd=960r/min, 查参考文献5第205页图13-5，选择A型V带。 2.8.2 确定带轮的直径，验算带速 d2取315mm 验算带速： 带速v在(5-25)范围内，合适。 2.8.3 确定V带基准长度和中心距a 初步选取中心距a： 取a0=630mm 由参考文献5第195页式（13-2）得： 查参考文献5第202页表13-2取。由参考文献5第206页式13-6计算实际中心距： 实际中心距在0.7（d1+d2）2(d1+d2)之间，合理。 2.8.4 算小带轮包角 由参考文献5第195页式13-1得： ,合理 2.8.5 V带根数Z 由参考文献5第204页式13-15得： 查参考文献5第203页表13-3，得 V带传动比： 查参考文献5第204页表134 得： 表135得 查参考文献5第202页表132得： （2-28）所以取4根A型V带。求作用在带轮轴上的压力： 查参考文献5第201页表13-1得q=0.10kg/m，故由参考文献5第197页式13-7得单根V带的初拉力： （2-29）作用在轴上压力：。 （2-30）2.9 验算总运动误差 （2-31） 误差：，在5%的范围内2.10 减速器机体结构尺寸如下表2-4减速器的结构尺寸名称符号计算公式结果箱座厚度10箱盖厚度9箱盖凸缘厚度13.5箱座凸缘厚度b15箱座底凸缘厚度25地脚螺钉直径M20地脚螺钉数目查手册4轴承旁联结螺栓直径M16盖与座联结螺栓直径=（0.5- 0.6）M12地脚螺钉的间距175轴承端盖螺钉直径=（0.4-0.5）10（1轴）10（2轴）10（3轴）视孔盖螺钉直径=（0.30.4）M6定位销直径=（0.70.8）10，至外箱壁的距离，至凸缘边缘距离凸台高度h外箱壁至轴承端面距离=+（8-12）大齿轮顶圆与内箱壁距1.214齿轮端面与内箱壁距离12箱盖，箱座肋厚810轴承端盖外径+（5-5.5）132.5（1轴）132.5（2轴）147.5（3轴）轴承端盖螺钉分布圆直径105（1轴）105（2轴）165（3轴）轴承端盖沉孔直径76（1轴）101（2轴）135（3轴）螺栓距离120（1轴）145（2轴）190（3轴）2.11 轴的设计 2.11.1 第一根轴设计及校核 ,， 材料：选用钢调质处理。 最小直径的确定： 根据参考文献5第230页式14-2,取，C=112，得: ，电动机轴径，第 一根轴第一段轴径装配大带轮，且所以查参考文献5第9页表1-16取， 带轮装有四根V带，所以 故轴段长进行轴的结构设计： 查参考文献3第85页表7-12取，而轴承处又要求过盈配合，需采用轴肩，查参考文献3第62页表6-1选用6209轴承，轴承宽B19mm；根据减速箱内壁距离，轴承端盖 凸缘厚度。 箱体内壁宽度：L=160mm 箱体外壁间的距离：B=290 轴承内壁到箱体内壁的距离：8 ；L2=65 箱盖到带轮的距离1520取19轴段设计示意图如下：图2-2 一轴的参数求作用在轴上的作用力：带轮作用在轴上的压力为： （2-32）齿轮作用在轴上的圆周力： （2-33）径向力： （2-34）齿轮产生的轴承支反力：铅垂面： 水平面： 轮对轴产生的轴承支反力： 选定危险截面,截面1:齿轮中心；截面2:齿轮右端。求齿轮产生的弯矩：水平面： （2-35） （2-36）铅垂面： （2-37） 合成弯矩：由于存在特殊情况，将与直接相加： （2-38） （2-39）扭矩：合成当量弯矩：转矩不变，有轻度振动，取 （2-40） （2-41）图2-3 一轴的受力分析图计算当量应力： ， （2-42）， （2-43）查表得钢 , 所以第一根轴设计合理。键的设计与校核: 根据与带轮配合处轴段，,由于在3240范围内，故轴段上采用普通A型键，：, 综合考虑取L=36， ， （2-44） 查表得 合理. 2.11.2 第二根轴的设计及校核 ，材料： 选用钢调质处理。最小直径的确定： 根据参考文献5第230页式14-2,取，C=112得：考虑到可以与第一根轴的轴承相适应，所以查参考文献3第9页表1-16也取，查参考文献3第页62表6-1选用6208轴承，B=18,D=80, 进行轴的结构设计： 设计轴段装配低速级小齿轮，取，L2=85mm，因为要比齿轮孔长度少。 在设计是考虑增加L1+2 L2-2来保证定位的准确性。 设计轴段装配高速级大齿轮，取 L4=50mm。 设计轴段段要装配轴承，所以查参考文献3第9页表1-16取，查参考文献3第62页表6-1 ; 两端轴承外侧采用19mm的套筒定位轴承，轴承端盖深入轴承座12mm。轴段设计示意图如下：图2-4二轴的参数求作用在轴上的作用力：齿轮:圆周力： 径向力：齿轮: 圆周力： 径向力：求轴承的支反力铅垂面: 水平面: 危险截面：截面1:低速级齿轮中心；截面2:轴环左端；截面3:高速级齿轮中心。求齿轮产生的弯矩：铅垂面： 水平面： 合成弯矩： 扭矩： 合成当量弯矩： 转矩不变，有轻度振动，取 图2-5二轴的受力分析图计算当量应力：截面1，3有键槽,轴径减少4%,截面2尺寸突变，存在应力集中，轴径4%, 查表得45钢 , 所以第二根轴设计合理。键的设计与校核: 根据高速级齿轮配合处轴段，故轴段上采用普通A型键: 综合考虑取L=45，, 查表得 合理. 根据低速级齿轮配合处轴段，故轴段上采用普通A型键: 综合考虑取L=45，, 查表得 合理. 2.11.3 第三根轴的设计及校核，材料：选用钢调质处理。计算最小轴段直径:转矩主要作用在轴上，按扭转强度计算，取C=112得：该轴段上开有键槽，且要安装联轴器，因此取,轴段与联轴器相联。各轴段结构设计:为使联轴器轴向定位，在外伸端设置轴肩，因为大带轮要靠轴肩定位，且还要配合密封圈，查参考文献3第85页表7-2，此尺寸符合标准值，则第二段轴径。设计轴段，方便轴承装卸，查参考文献3第62页，表6-1，取，采用挡油环对轴承定位。选轴承6012:D=95mm,B=18mm。设计轴段，由于轴向定位，故取，设计轴环及宽度b， 设计轴段设计另一端轴颈确定各轴段长度：有联轴器的尺寸决定 轴段设计示意图如下：图2-6 三轴的参数求作用在轴上的作用力：齿轮作用在轴上的圆周力： 径向力：求齿轮产生的轴承支反力：铅垂面： 水平面： 选定危险截面,截面1:齿轮中心；截面2:齿轮右端；求齿轮产生的弯矩：水平面： 铅垂面： 合成弯矩：由于有特殊情况，将与直接相加：扭矩：合成当量弯矩：转矩不变，有轻度振动，取图2-7三轴的受力分析图计算当量应力：截面1有键槽，轴径降低4%：， 查表得钢 所以第三根轴安全。键的设计与校核：因为装联轴器查参考文献5第153页表10-9选键为，查参考文献5第155页表10-10,因为L1=107，初选键长为L=100mm校核所以选键为: ,L=100mm；装齿查轮参考文献5153页表10-9选键为，查参考文献5第155页表10-10,因为L6=93初选键长为L=90mm，校核所以选键为: ， L=90mm。 2.12高速轴大齿轮、低速轴大齿轮的设计高速轴大齿轮：采用腹板式结构表2-5高速齿轮的参数代号结构尺寸和计算公式结果轮毂处直径72轮毂轴向长度55齿根圆处的厚度10腹板厚度15低速轴大齿轮：采用腹板式结构表2-6 低速齿轮的参数代号结构尺寸和计算公式结果轮毂处直径104轮毂轴向长度91齿根圆处的厚度14腹板厚度19.5 2.13 联轴器的选择 计算联轴器所需的转矩： 查参考文献5第269表17-1取 查参考文献3第94页表8-7得弹性柱销联轴器型号为HL4。 2.14 润滑方式 齿轮圆周速度，齿轮采用油池润滑；轴承轴颈速度，轴承采用脂润滑，并用挡油环将轴承与油池中的稀油隔离。 2.15 减速器附件设计为了观察齿轮的啮合情况，改善齿轮及轴承的润滑条件、方便通气及装拆吊运等，减速器常安装有各种附件。 2.15.1 窥视孔盖和窥视孔 减速器机盖的顶部开窥视孔是为了方便检查齿轮的啮合、润滑、齿侧间隙等。 窥视孔应该开孔在能看见齿轮啮合的位置，大小要方便单手进行操作，检修。 润滑油由窥视孔倒入，为了防止进入杂质，还应该在孔上安装过滤网。 窥视孔盖由钢制成。 2.15.2 放油螺塞放油孔应在油池最低处，在减速器不与其它部件靠近的一侧，方便放油。放油孔用螺塞堵住，所以油孔处的机体外壁要凸起一部分，用来加工成螺塞的支撑面，并且加封油圈以加强箱体的密封性。 2.15.3 油标油标常放在便于观测减速器油面的地方。用油标时，应使机座油尺座孔德倾斜位置便于加工和使用，油尺安置的部位不能太低，以防油进入尺座孔而溢出。 2.15.4 通气器在减速器运转时，温度要升高，气压会增大，不利于减速器密封。所以在窥视孔盖上安装通气器，使气体自由溢出，平衡内外的压力，提高密封性能。 2.15.5 启盖螺钉启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖凸缘的厚度，钉杆端部要做成圆柱状，大倒角或半圆形，以免顶坏螺纹。 2.15.6 定位销为了保证机体的轴承座孔的装配精度，在机体两端各安置一个圆锥定位销。两销距离要适当远点，提高定位精度。 定位销的直径一般取d=（0.7-0.8）d2，d2为机体联接螺栓直径。 2.15.7 环首螺钉、吊环和吊钩为了便于拆卸和搬运，应该在机盖上铸出吊钩、吊环，并在机座上铸造吊钩。环首螺钉为标准件，可按起重量由手册选取。因为环首螺钉要受到较大载荷，所以在装配时一定要把螺钉完全拧入，使其抵紧机盖上的支撑面。因此，螺钉孔必须局部铸造大。环首螺钉用于拆卸机盖，也允许用来吊运轻型减速器。3.减速器的三维建模及组装 3.1轴承的造型 通过调用SolidWorks标准件库的轴承，完成轴承的设计。表2-7 轴承1轴上2轴上 3轴上型号6209AC6208AC6012AC三维图 3.2轴承端盖的造型轴承端盖运用凸缘式，运用旋转、拉伸去除、倒圆等特征工具分别完成对六个轴承端盖的造型。表2-8 端盖1轴上2轴上3轴上三维图透盖闷盖闷盖透盖闷盖 3.3 上箱盖的三维造型 通过运用拉伸、切割、钻孔、倒角、倒圆、拉筋等特征工具完成下箱体的三维造型。其三维造型如下： 图2-8上箱体 3.4 下箱体的三维造型通过运用拉伸、切割、钻孔、倒角、倒圆、拉筋等特征工具完成下箱体的三维造型。其三维造型如下：图2-9下箱体3.5 箱体的装配通过对齐、匹配、重合等约束分别将1轴、2轴、3轴装入下箱体。 图2-10轴的装配然后组装上箱体，安装螺钉等完成对减速器的整体组装。图2-11总装图4. 总结 通过仔细研究和分析设计的要求和给出的已知数据，开始对零部件进行简单的设计和计算，对主要是齿轮，轴，箱体的尺寸的计算，然后在根据计算出来的数据在进行有些小零部件的设计计算，例如轴承，端盖等。对于一些要求严格的重要零部件要进行强度的校核，保证零部件满足运用条件。在绘图时，先自己在草稿纸上画草图，把计算出来的数据清晰的标注在上面，在运用SolidWorks对草图上的零件进行三维建模，然后进行零部件的装配，对于标准螺钉等标准件可直接调用软件里面的零件库直接调用。例如轴承等都可以直接调用完成装配，这样子就非常的节约时间，也体现出来了SolidWorks的强大功能。 通过运用SolidWorks软件进行三维的建模让我看到了SolidWorks这款软件的许多的优点，降低了设计的时间和成本，可以在虚拟的条件下进行产品的调试，减少了了许多不必要的消耗。 同时，在设计过程中发现了自己的许多不足之处，需要学习的知识还很多，对软件掌握的还不是很熟练，还需要认真的学习。参考文献:1 张德珍基于特征造型的三位圆柱齿轮减速器参数设计系统D青岛：山东科技大学，2006.2 张展齿轮减速器现状及发展趋势J水利电力机械，2001.3 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册(第二版)M.北京：高等教育出版社，1999.4 成大先.机械设计手册（第五版）M.北京：化学工艺出版社，2007.5 杨可桢 ,程光蕴.机械设计基础（第四版）M.北京:高等教育出版社.1999.06.6 濮良贵，陈国定，吴立言机械设计（第九版）M北京：高等教育出版社，2013.5.7 王春升，胡彦军减速器零件建模及装配运动仿真J化工机械，2010，37（4）：425-427.8 王知行,邓宗全机械原理（第二版）M北京：高等教育出版社2006.5.9 周元康.机械课程设计M.重庆：重庆大学出版社，2002.10 谢宏威.SolidWorks2006中文版实用教程M.北京：人民邮电出版社，2007.11 江宏.SolidWorks2006基础教程M.北京：机械工艺出版社，2006.致 谢本次选题和设计中，感谢指导老师的细心指导，让我能这么顺利的完成毕业设计。同时也感谢学院对于我们的培养，通过学校的安排，让我在实习过程中学到了大量的专业知识，同时也在实习期间学会使用SolidWorks这款软件，这对于我的毕业设计三维造型打下了坚实的基础。同时在设计过程中也得到了许多同学的帮助和支持，正是他们的帮助和支持让我才能全身心的投入到毕业设计中去，克服设计过程中的诸多困难，同时也在生活上对于我提供了很大的帮助。在此，我对他们表示衷心的感谢！本次设计由于学生能力有限，加上时间紧迫，难免有不足之处。希望老师和同学能多多指教。