机械设计课程设计二级齿轮减速器实体造型

课程设计说明书目录第1章 设计内容参数11.1设计目的11.2电动机的选择11.3 传动比分配11.4 轴参数21.4.1输入轴参数21.4.2 中间轴参数31.4.3 输出轴参数31.5 齿轮参数31.5.1高速级齿轮参数31.5.2低速级齿轮参数4第2章 模型实体化设计42.1 展开式二级圆柱齿轮减速器输入轴实体设计42.1.1建立新文件夹42.1.2 建立轴的拉伸实体42.1.3创建键槽52.2 展开式二级圆柱齿轮减速器中间轴实体设计62.2.1建立新文件夹62.2.2创建旋转轴62.2.3创建键槽72.3 展开式二级圆柱齿轮减速器输出轴实体设计7第3章 高速级、低速级斜齿轮实体化设计83.1 高速级斜齿轮实体化设计83.1.1 高速级大齿轮实体设计83.2 低速级斜齿轮实体化设计133.2.1 低速级大齿轮实体设计133.3轴承设计14第4章 模型实体装配184.1输入轴装配164.2总体装配17第五章 仿真设计195.1导入模型195.2修改材质205.3添加约束215.4添加驱动235.5仿真24参考文献29致谢29课程设计任务书· 课程设计名称：二级齿轮减速器实体造型课程设计要求：培养学生通过运用所学相关理论知识和技能解决生产工程中问题的能力，同样也是学生综合能力的具体体现。要求学生根据设计的主要任务独立完成有关实体造型资料的学习，全面理解减速器的工作原理、工程使用情况要求；全面掌握传动系统的工作原理及其工程应用方法。· 原始参数参照机械设计这门课的课程设计· 课程设计具体内容· 完成二级减速器传动装置中各个零部件的实体造型；· 完成各个零部件的实体装配；· 使用动态仿真软件（ADAMS）检验输入与输出的关系。日期：2011/11/1528第1章 设计内容参数 1.1设计目的机械设计课程设计目的是培养学生机械设计能力的技术的基础，是机械设计课程的重要实践教学环节。1、通过课程设计，综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，培养分析和解决实际问题的能力，掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想；2、通过课程设计，增加对机械设计专业性软件的掌握能力，如Pro/E，Solidworks，AUTO CAD等；3、通过课程设计，学习运用标准、范围、手册、图册和查阅科技文献资料以及计算机应用等，培养机械设计的基本技能和获取有关信息的能力。1.2电动机的选择根据工作条件，应选择鼠笼式三相异步电动机，封闭式结构，工作时所需电动机功率 计算得电动机功率为5.42kw,电机应选Y132s4，额定功率5.5kw，同步转速1440r/min1.3 传动比分配总传动比i=21.46（各轴输入输出功率和转矩总结为下表）轴名P(KW)T(Nm)n(r/min)传动比效率电动机轴5.536.48144020.96轴5.2870.037203.70.96轴5.07248.81952.90.96轴4.87693.167.10210.98卷筒轴4.77678.8767.102表1-11.4 轴参数1.4.1输入轴参数（1）轴的最小直径由式，确定轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T5014-2003，选用LX4型弹性注销联轴器，其公称转矩为63Nm，半联轴器的孔径d=20故取=25mm，预设装带轮处轴长为（2）根据轴向定为要求选取轴段直径和长度，-轴段右端需制出一轴肩，故取-段的直径=32mm，轴承端盖总宽度40mm,，句句端盖拆装及轴承润滑要求取=50mm；（3） 初步选取滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列滚子轴承。参照工作要求并根据=32mm ，选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30307，其尺寸为,故取=35mm；而=22,75mm.。左端采用轴肩定位h=4.5mm，则=44mm；（4） 取安装齿轮处的轴段-的直径=37m。已知齿轮轮毂的宽度为60mm，故取=66mm。齿轮右段轴肩定位，则取轴环处直径=45mm,=10mm；（5） 取轴承距箱体内壁之距离s=5mm，两圆柱齿轮之间的距离c=20mm，齿轮端面距内壁距离a1=13mm，a2=16mm低速级大齿轮宽度B=70mm,滚动轴承宽度T=22.75mm，则=s+a1+T+4=48.25mm，=B+c+a2+s-12=126.5mm；（6） 轴上零件的周向定为轴的周向定位采用平键连接。按由表6-1查得选用平键为mm,t1=3.5，t2=2.8mm；=37mm查得选用平键为mm，t1=5，t2=3.3mm。（7） 确定轴上圆角和倒角尺寸。取轴端倒角为（输入轴各段长度与直径如下表）-d(mm)25323544453735L(mm)655022.75126.5106648.25表1-21.4.2 中间轴参数-d(mm)3550604535L(mm)22.759222.756222.75键b*h*lt1/t214*9*805/3.314*9*505/3.3表1-31.4.3 输出轴参数-d(mm)55626577827065L(mm)828136102128664键b*h*lt1/t216*10*705/3.320*12*707.5/4.9表1-41.5 齿轮参数1.5.1高速级齿轮参数名称齿数z模数m螺旋角bta/°压力角alpha/°节圆db/mm分度圆d/mm齿轮厚b/mm小齿轮30213.49432061.761.770大齿轮111228.3228.365表1-51.5.2低速级齿轮参数名称齿数z模数m螺旋角bta/°压力角alpha/°节圆db/mm分度圆d/mm齿轮厚b/mm小齿轮29314.40272089.82389.82395大齿轮84260.177260.17790表1-6第2章 模型实体化设计2.1 展开式二级圆柱齿轮减速器输入轴实体设计2.1.1建立新文件夹打开Pro/E软件，建立一个新文件，文件类型设置为零件，子类型设定为实体。2.1.2 建立轴的拉伸实体（1）单击右侧工具栏“拉伸”按钮，弹出拉伸工具控制面板，选择“实体”，单击“放置”按钮，弹出放置上滑面板，单击“定义”按钮，弹出草绘对话框，选front面作为草绘面,其他选择默认形式，单击确定按钮，进入草绘。（2）在右侧工具栏单击“创建圆”按钮，绘制一个圆，然后修改圆直径为d12=25mm。单击草绘确定按钮，退出草绘。（3）在拉伸深度中填写L12=65mm，生成拉伸特征1，单击确认按钮，退出拉伸特征，生成拉伸特征1。（4）重复上述步骤，单击拉伸按钮，选择拉伸1的圆面为草绘平面，其他步骤一样生成拉伸特征2。依次生成拉伸特征3、4、5，如图1-1 。图2-1（5）最后生成完整轴。单击倒角按钮，弹出倒角控制面板。在属性面板中，设定标注方式为45*D，D的值为2mm。按Ctrl键选择台阶轴两端圆截面的端线，单击确认按钮，完成倒角特征操作。2.1.3创建键槽（1）单击基准面按钮，弹出基准平面对话框，选择Front面作为参照面，在平移处输入平移距离10mm，单击确认按钮插入基准平面DTM1；重复上述步骤创建基准平面DTM2。（2）单击右侧工具栏拉伸工具按钮，弹出拉伸工具控制面板，选择“实体”，单击“放置”按钮，弹出放置上滑面板，单击“定义”按钮，弹出草绘对话框，选DTM1面作为草绘面，单击确定按钮，进入草绘。（3）在草绘区绘制键的草图，单击确定完成草绘。在属性面板中，设定拉伸方式为“指定深度”，深度为3.5mm。去除材料，注意键的方向。单击确认按钮，完成键1特征。（4）重复2、3步骤，创建键2特征，完成台阶轴的创建。（5）输入轴实体化设计完成。图2-22.2 展开式二级圆柱齿轮减速器中间轴实体设计 2.2.1建立新文件夹打开Pro/E软件，建立一个新文件，文件类型设置为零件，子类型设定为实体。2.2.2创建旋转轴（1）单击右侧工具栏“基准轴”按钮，出现基准轴对话框。选取FRONT和TOP面，将两面的交线作为基准轴，单击确定，创建基准轴A-1。2.2.3利用旋转工具建立台阶轴实体（1）单击旋转工具按钮，打开旋转工具控制板，单击面板上的“位置”按钮，弹出“位置”上滑面板，单击面板上“定义”按钮，弹出草绘对话框，选TOP面作为草绘面，其余接受默认设置，单击确定按钮，进入草绘模式。（2）绘制如下图1所示的草绘截面，单击草绘器中的确认按钮，推出草绘模式。（3）在属性面板的轴收集器中选择基准轴A-1作为旋转轴，设置旋转方式为“可变”，旋转角度为360度。单击确认按钮，完成旋转特征。（4）单击旋转工具按钮倒角按钮，弹出倒角控制面板。在属性面板中，设定标注方式为45*D，D的值为2mm。（5）按Ctrl键选择台阶轴两端圆截面的端线，单击确认按钮，完成倒角特征操作。2.2.3创建键槽（1）单击基准面按钮，弹出基准平面对话框，选择Front面作为参照面，在平移处输入平移距离20mm，单击确认按钮插入基准平面DTM1。（2）单击右侧工具栏拉伸工具按钮，弹出拉伸工具控制面板，选择“实体”，单击“放置”按钮，弹出放置上滑面板，单击“定义”按钮，弹出草绘对话框，选DTM1面作为草绘面，单击确定按钮，进入草绘。（3）在草绘区绘制键的草图，单击确定完成草绘。在属性面板中，设定拉伸方式为“指定深度”，深度为5mm。去除材料，注意键的方向。单击确认按钮，完成键特征。完成台阶轴的创建。 图2.32.3 展开式二级圆柱齿轮减速器输出轴实体设计 以上述方法绘制输出轴如下图所示：（1）半成轴图2-4（2）完整轴图2-5（3）轴加键槽图2-6第3章 高速级、低速级斜齿轮实体化设计3.1 高速级斜齿轮实体化设计3.1.1 高速级大齿轮实体设计（1） 创建齿轮参数及关系式。1）选择“工具”菜单中“参数”，弹出参数对话框。2）单击添加参数按钮“+”，添加齿数Z，将类型设置为“整数”，值为111，同样添加模数M（值为2），分度圆压力角ALPHA（值为20度），螺旋角BTA（值为13.4943度），齿面宽度FW（值为65mm），齿根圆直径DF,齿顶圆直径DA，基圆直径DB分度圆直径D。单击“确定”按钮，完成参数。3）选择“工具”菜单中“关系”，弹出关系对话框。输入如图3-1所示关系式。图3-14）单击 按钮，校验关系式，出现成功校验对话框，单击确定按钮。然后单击关系对话框中的“确定”按钮，完成关系式的设定。（2） 创建各圆基准曲线1）单击草绘按钮，弹出草绘对话框。选择Front面作为草绘面，其余接受默认设置。2）不考虑直径，绘制3个同心圆。然后按Ctrl键选中3 个尺寸，单击草绘工具栏中“修改尺寸”键，将sdo的尺寸修改为df，sd1的尺寸修改为d，sd2的尺寸修改为da，单击“确定”按钮回到草绘界面。单击草绘界面的“确认”按钮，完成草绘。（3）创建轮齿1）单击基准曲线按钮，弹出曲线选项下拉菜单，选择“从方程”，“完成”。弹出“得到坐标系”下拉菜单，选择PRT-CSYS-DEF坐标系。弹出“设置坐标类型”下拉菜单，选择“笛卡尔”。弹出如图3-2所示记事本，输入图示方程关系式。最后保存记事本内容，关闭记事本。图3-22）单击“曲线：从方程”对话框中的“确定”按钮，生成曲线。如图3-3所示。3）单击基准轴按钮，出现基准轴对话框。选取TOP和RIGHT面作为参照，单击确定按扭，创建基准轴A-1。4）单击基准点按钮，弹出基准点对话框。按Ctrl键，选择渐开线和分度圆直径曲线，单击确定按钮，生成基准点按钮PNT 0。 5）单击基准面按钮，弹出基准平面对话 框，选择基准轴A-1和基准点PNT 0作为参照，单击确定按钮，生成DTM1基准平面。6）创建第二个基准平面，选择DTM1基准平面和基准轴A-1作为参照，旋转角度为90/z,回车后单击确定按钮，生成DTM2基准平面。注意控制方向，使DTM2和渐开线在DTM1的同侧。7）选择渐开线曲线，单击镜像工具按钮，弹出镜像工具控制面板，选择DTM2作为镜像平面，单击镜像确认按钮，生成镜像特征。8）单击草绘曲线按钮，弹出草绘对话框。选择Front面作为草绘面，其余接受默认设置。单击“草绘”按钮，进入草绘截面。绘制如图3-4所示剖面，单击确认按钮生成草绘特征。9）选择主菜单中的“编辑” ,“特征操作”,“复制”，弹出“复制特征”下拉菜单。 选择“移动”,“选取”,“独立”,“完成”。 弹出“选取特征”下拉菜单，选择创建的草绘图形曲线，选择“完成”。弹出“移动特征”对话框，选择“平移”，“平面”。选择Front面作为方向参照，选择“正向”，接受系统默认的平移方向。10）在图形窗口下方的文本框中，输入默认的偏移距离fw*cos(bta)/3 ,回车。重新出现“移动特征”下拉菜单，选择“旋转”，“坐标轴Z”。选择PRT-CSYS-DEF坐标系，选择“Z轴”，“正向”作为方向参考。在图形截面下方输入旋转角度为bta/3。然后单击“完成移动”，弹出“组元属”对话框，生成特征曲线截面2。11）以刚刚创建的第二个截面为原特征，按照和上面相同的步骤，移动旋转得到第三个曲线截面。同上面步骤，以第三条草绘曲线作为原特征，移动旋转得到第四个曲线截面。 12）单击草绘曲线按钮，弹出草绘对话框。选择Right面作为草绘面，其余接受默认设置。单击“草绘”按钮，进入草绘截面。绘制剖面，单击确认按钮完成草绘。13）单击“插入”，“扫描混合”，在属性面板中选择“创建实体”特征。单击“参照”按钮，弹出“参照”上滑面板，选择刚刚创建的草绘直线作为轨迹，选择“垂直于轨迹”，“自动”和“缺省”。14）在单击控制面板中的剖面按钮，弹出“剖面”上滑面板，选择“所选截面”，选择本步创建的第1个曲线截面，单击“ 插入”按钮，选择第2个曲线截面，依次选择第3，4个曲线截面。单击控制面板的确认按钮，生成扫描混合特征。 15）选择主菜单中的“编辑”，“特征操作”，“复制”，弹出“复制特征”下拉菜单。选择“移动”，“选取”，“独立”，“完成”。弹出“选取特征”下拉菜单，选择创建的齿轮曲面，选择“完成”。弹出“移动特征”下拉菜单，选择旋转。弹出“选取方向”下拉菜单，选择“曲线/边/轴”，选择基准轴A-1作为旋转轴，单击“正向”，在图形窗口下方的文本输入框输入旋转角度0度。16）选择“完成移动”按钮，弹出“组可变尺寸”下拉菜单，单击完成按钮。在弹出组元属对话框中单击“确定”按钮。生成的特征和扫描混合特征重合，但是具有了角度尺寸，如图3-6所示。17）选择刚刚创建的旋转特征，单击阵列工具按钮，弹出阵列工具控制面板。单击“尺寸”按钮，弹出尺寸上滑面板，选择上步完成的尺寸角度，增量设为360/z。18）在属性面板中设定第一方向的阵列成员数为111。单击确认，生成阵列特征。 19）单击右侧工具栏拉伸工具按钮，弹出拉伸工具控制面板，选择“实体”，单击“放置”按钮，弹出放置上滑面板，单击“定义”按钮，弹出草绘对话框，选择Front面作为草绘面，其余接受默认设置。单击“草绘”按钮，进入草绘模式。绘制一个圆，直径为df，单击确认按钮，完成草绘。20）然后，在属性面板中，设定拉伸方式为“可变”，拉伸长度为fw*cos（bta)，单击确认按钮，完成拉伸特征。如图3-5所示。21）单击孔特征工具按钮，弹出孔工具控制面板。在属性面板中设定孔径为45mm，孔深为“穿透”。22）在“放置”上滑面板中设定Front为主参照，参照方式为“同轴”，选择基准轴A-1为参照。单击确认按钮， 完成孔特征。 23）单击右侧工具栏拉伸工具按钮，弹出拉伸工具控制面板，选择“实体”，单击“放置”按钮，弹出放置上滑面板，单击“定义”按钮，弹出草绘对话框，选齿面作为草绘面，单击确定按钮，进入草绘。24）在草绘区绘制键的草图，单击确定完成草绘。在属性面板中，设定拉伸方式为“穿透”，去材料。单击确认按钮，完成键特征。至此，完成输入轴大斜齿轮。图3-63.1.2 高速级小齿轮实体设计（1）画出三个圆，建立齿截面 图3-7（2）根据齿截面图形采用扫描方法建立单齿 图3-8（3）阵列单齿 ，建立实体齿面模型 （4）填充实体根据轴尺寸拉伸孔键，完成齿轮 图3-9 图3-103.2 低速级斜齿轮实体化设计3.2.1 低速级大齿轮实体设计 齿轮建模过程比较复杂，这里通过调用齿轮库齿轮，然后对齿轮参数进行修改。要注意的是齿轮库齿轮分为右旋和左旋，需要按实际情况使用。下面以低速级大齿轮为例：低速级大齿轮为右旋齿轮，打开齿轮库选择“helical_right_gear.prt”并打开。点击“工具”菜单，选择“参数”选项。修改参数如下：点击“确定”完成参数的修改。最后点击“编辑”菜单，选择“再生”选项，在跳出的菜单中得选择“当前值”。这样完成齿轮的参数修改。接着，对齿轮进行修改。新建旋转特征和拉伸特征。并做好倒角完成建模。如图： 3.3轴承设计轴承是一个部件，但是为了保证导图的时候不出问题。这里选择将轴承的各个部分作为零件放入装配图中。其中轴承的内圈和外圈均为旋转特征，轴承滚珠则为整列特征。下面以输出轴轴承为例：创建轴承内外圈，创建旋转特征。完成建模，保存模型。创建轴承滚珠。这里为了导入模型到ADAMS里面方便，将滚珠和支撑圈做一起，并简化。创建滚珠，并阵列。创建支撑圈。 完成模型。保存模型。如下图：第4章 模型实体装配41新建组件（1） 在工具栏中单击按钮，弹出“新建”对话框。图4-1（2） 在“类型”选项组中选“零件”在子类型中选“实体”不使用缺省模板。图4-2（3） 在“新建”对话框中单击“确定”按钮，弹出“新文件选项”对话框。（4） 在“模板”选项组中，选择mmns_part_solid选项。（5） 单击“确定”按钮，进入零件设计模式。创建三根轴，分别作为作为装配时的输入轴、中间轴和输出轴。 4.2 总体装配（1） 单击按钮，添加一个元件，选择中间轴，点击“确定”弹出元件放置对话框。（2）单击按钮，将元件固定。（3）单击“确定”，完成轴的放置。（4）单击按钮，添加另一个元件，选择输出轴，点击“确定”弹出元件放置对话框，在装配区域合适位置放置，单击确定按钮。（5）如（4）插入输入轴（6）单击左边区域中输入轴，右击出现下拉菜单，选择编辑定义。进入输入轴的编辑中，单击放置按钮，在类型中选择约束方式为对齐，然后选择输入轴齿轮面和中间轴相应的大齿轮面，然后完成两齿轮面的装配。注意螺旋角方向。用同样方法，完成输出轴和中间轴齿轮的装配。完成图所示。第五章 仿真设计5.1导入模型打开ADAMS软件，选择“Create a new model”新建一个仿真模型。打开“File”菜单，选择“Import”导入模型。在弹出的菜单中将“File Type”修改为“X_T”格式，右击“File to read”点击“Browse”选择之前保存的X_T文件，右击“Model name”选择“Model”-“Pick”点击ADAMS工作窗口空白处。最后点击“OK”完成模型的导入。5.2修改材质作为导入模型，每个模型都没有材质，需要先给每个模型都添加材质。点击选中模型，右击选择“Part：SHUCHU_AD”-“Modify”。这是跳出一个对话框，将“Define Mass by”修改为“Geometry and Material type”，右击“Material Type”选择“Material”-“Guesses”-“steel”。最后点击“OK”完成材质的修改。通过相同的方式将所有的模型材质都进行修改。5.3添加约束我们把每个模型的约束加到该模型的中心坐标上，这样整个模型美观大方，需要修改的时候容易找到相应的约束。首先添加转动副，点击“setting”菜单选择“Working Grid”。跳出菜单，点击“Set Location”下拉选项中选择“Pick”点击Part2中心坐标点。这样栅格点就调整到了SHUCHU_AD的中心坐标上。接下来添加约束，点击转动约束，在工作窗口中点击“SHUCHU_AD”,再点击空白处“Ground”，最后点击栅格点中心将约束添加到栅格点中心。这样完成约束的添加。同样的方式添加其他转动约束和固定约束。添加完转动约束之后，开始添加齿轮约束。添加齿轮约束的时候，首先要在Ground上面添加一个Marker点。将栅格点调整到输出轴齿轮中心坐标上，设置栅格点的距离为125.26mm，开始添加这样直接将Marker点添加到栅格点上就行。接下去添加齿轮副。点击齿轮副，跳出的菜单中右击“Joint name”选择中间轴和输出轴的转动副“JOINT_2”和“JOINT_3”，右击“Common Velocity Marker”选择之前添加的Marker点“Marker_122”点击“OK”完成齿轮约束的添加。同样的方式添加输入轴和中间轴的齿轮约束，这样所有约束添加完毕。5.4添加驱动在输入轴上添加驱动模拟点击输入。点击“Motion”然后点击输入轴上的转动约束“JOINT_1”这样就将驱动添加到了输入轴上。修改驱动速度，选中驱动“Motion_1”右击选择“Modify”修改“Function（time）”为1440d*time完成驱动的修改。这样驱动就添加完毕了。5.5仿真接下来进行仿真运算，点击“”然后点击“”运行仿真。仿真运行结束后输出仿真结果。输入轴转速为1440d*time时输出结果。输入轴如图：输出转速为-389.4699r/min。如下图：中间轴转速为134.3303r/min.见下图： 输入轴转速为1950d*time时输出结果。输入轴见下图：输出轴转速为-530,1118r/min.见下图：中间轴转速为182.8385r/min.见下图： 至此，仿真结束。参考文献1 朱梅，朱光力，液压与气动技术（第2版），西安：西安电子科技大学出版社，2007.72 赵清，张玉茹，电子技术培训教材小型电动机，北京：电子工业出版社，2003.13 Pro/E Wilefire三维造型实用教程（第一版），中国矿业大学出版社，2007.84 Pro/E-零件设计篇自学手册（第一版），北京，人民邮电出版社，2007.55 吴宗泽 罗圣国，机械设计课程设计手册，高等教育出版社，2006.5 6 龚溎义主编 机械设计课程设计指导书 (第二版) 高等教育出版社7 濮良贵 纪名刚主编 机械设计 (第八版) 北京：高等教育出版社8 龚溎义主编 机械设计课程设计图册 (第三版) 高等教育出版社 9 孙恒 陈作模 葛文杰，机械原理，高等教育出版社，2006.510 马希青 苏梦香 赵月罗主编 机械制图 中国矿业大学出版社 结语通过这次课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。安排课程设计的基本目的，在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高思想觉悟。尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力。作为整个学习体系的有机组成部分，课程设计虽然安排在两周进行，但并不具有绝对独立的意义。它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果。运用学习成果，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。此专业设计过程中，得到了老师和同学们的广泛关心和帮助，在此表示衷心的感谢！