基于ProE的二级减速器设计.doc
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1、目录摘要1关键字1Abstract.1Key words11.二级减速器在传动装置中的应用31.1设计方案31.2传动比的分配31.3各轴动力参数计算42.高速级斜齿圆柱齿轮的设计52.1选定材料、精度等级、齿数52.2齿面接触疲劳强度计算52.3齿根弯曲疲劳强度校核62.4齿轮的几何尺寸设计计算63.创建高速级斜齿圆柱齿轮特征74.低速级直齿圆柱齿轮传动104.1选定材料、精度等级、齿数104.2齿面接触疲劳强度计算104.3齿根弯曲疲劳强度校核104.4齿轮的几何尺寸设计计算115.创建低速级直齿圆柱齿轮特征116.轴的设计与计算126.1高速轴(1轴)的设计136.2中间轴(2轴)的设计
2、156.3 低速轴(3轴)的设计166.4 键的联结设计187.创建各轴类及键类零件特征198.二级减速器传动件的初级装配219.滚动轴承的选择229.1高速轴(1轴)上滚动轴承的选择229.2中间轴(2轴)上滚动轴承的选择229.3 低速轴(3轴)上滚动轴承的选择2310.箱体上个部分尺寸计算与建模2311.Pro/E总装配图及装配爆炸图2612.润滑密封设计2713.设计总结:27参考文献28致谢29基于Pro/Engineer的二级减速器设计机械电子工程专业学生 王庆亭指导教师 王 清摘要:Pro/Engineer一个参数化、基于特征的实体造型系统,具有单一数据库功能。本文在减速器零部件
3、几何尺寸数值计算的基础上,利用ProE软件实现了齿轮系和轴系等零件特征的三维模型设计;利用ProE软件实现了齿轮系和轴系的虚拟装配,具有较好的通用性和灵活性。此系统的实现可以使设计人员在人机交互环境下编辑修改,快速高效地设计出圆柱齿轮减速器产品,同时通过PRO/E 对二级减速器进行建模设计,规划零件的装配过程,对实现预期的运动仿真,建立机构运动分析,提高效率和精度奠定了基础。关键字:二级减速器 轴承 齿轮 机械传动 Pro/EThe design of two-grade cylindrical gear reducer based on Pro/EngineerStudent majorin
4、g in Mechanical and Electronic Engineering Wang QingTingTutor Wang QingAbstract:Pro/Engineer is a parametric solid modeling system based on body feature, which has a single database. The realization of this system can make designers devise the product of cylinder gear reducer fast and efficiently Un
5、der human-computer interaction environment.Meanwhile,the paper describes the parametric design of two stage reducer and the assembly process of parts based on Pro/E, analyzes the mechanism movement and gets expectant movement simulation In doing so, design efficiency and precision can be increased g
6、reatly.Key words:Two stage gear reducer model、 Bearing 、Gear 、Mechanical drive 、Pro/E引言: 减速器是应用于原动机和工作机之间的独立传动装置,具有结构紧凑、传动效率较高、传递运动准确可靠、使用维护方便和可成批生产等特点。传统的减速器手工设计通常采用二维工程图表示三维实体的做法,这种做法不仅不能以三维实体模型直观逼真地显现出减速器的结构特征,而且对于一个视图上某一尺寸的修改,不能自动反应在其他对应视图上。 1985年美国PTC公司开始建模软件的研究,1988年V1.0的Pro/ENGINEER诞生,随后美国通用汽
7、车公司将该技术应用于各种类型的减速器设计与制造中。目前在基于Pro/E的减速器的模型设计、数据分析与生产制造方面美国、德国和日本处于领先地位,美国Alan-Newton公司研制的X-Y式精密减速器和日本住友重工研制的FA型减速器都是目前先进的高精密型齿轮减速器。 Pro/ENGINEER技术可以方便快捷的实现建立基于零件或子装配体的三维模型设计和装配,并且提供了丰富的约束条件完成可以满足的工程实践要求。建立三维模型在装配体环境下可以很好的对零件进行编辑和修改,在生产实际中便捷的把立体图转换为工程图,在生产应用中充分利用Pro/E软件进行几何造型设计,进一步利用数控加工设备进行技术加工,可以显著
8、提高减速器的设计制造精密、设计制造质量、设计制造效率,从而缩短产品更新换代生产的整个周期。而我国在Pro/E的减速器三维模型设计方面还相对比较薄弱,因此,随着经济全球化的发展,在此技术上我国需要不断的突破创新,逐步提高“中国创造” 在国际市场的竞争力。1.二级减速器在传动装置中的应用1.1设计方案在数据运算的基础上充分利用Pro/E三维几何模型设计软件设计一台二级展开式圆柱齿轮减速器,要求二级减速器在传动装置中传动系统的应用如图1-1所示:1.高速轴2.中间轴3.低速轴图1-1 传动装置总体效果图工作条件:表1-1 工作要求参数列表工作拉力工作速度卷筒直径2250150290 连续单向运转,工
9、作时有轻微振动,输出端一般为带式运输机,其工作速度允许误差为5。传动系统中采用二级展开式圆柱齿轮减速器,其结构简单但齿轮相对于轴承位置不对称,因此要求轴有较大的刚度,高速级和低速级分别为斜齿圆柱齿轮和直齿圆柱齿轮传动。1.2传动比的分配根据已知工作条件计算: 工作机所需功率: 传动系统总效率: =0.833 工作机所需输入端功率: 因工作时有轻微振动,故输入端功率 略大于则输入端额定功率应取. 由输出端的工作:通常二级圆柱齿轮减速器传动比取:则输入端转速: 由此初步确定输入端可选电动机参数如下表2:表1-2 电动机参数列表电动机型号额定功率(kw)同步转速()满载转速()总传动比Y132M2-
10、65.51000960i此传动系统总传动比:所以此二级圆柱齿轮减速器的总传动比:为了便于二级圆柱齿轮减速器采用浸油润滑,当两级齿轮的配对材料相同,齿面硬度HBS350,齿宽系数相等时。考虑面接触强度接近相等的条件,则两级圆柱齿轮减速器的传动比分配如下:高速级传动比: 低速级传动比:1.3各轴动力参数计算 传动系统各轴的转速,功率和转矩计算:1轴(减速器高速轴) 2轴(减速器中间轴)=3轴(减速器低速轴)= 则各轴输出功率和输出转矩将上述计算结果和传动比及传动效率汇总如下:表1-3 动力参数列表轴名功率 转矩()转速() 传动比 效率输入 输出 输入 输出 14.013.9739.8939.49
11、96010.96 23.8113.77139.86138.46260.233.6890.96 33.6223.59350.24346.4698.762.6350.962.高速级斜齿圆柱齿轮的设计2.1选定材料、精度等级、齿数 考虑减速器要求结果紧凑故大小齿轮均用40Cr调质处理后表面淬火,因载荷较平稳,齿轮速度不高,初选7级精度,选小齿轮齿数,大齿轮齿数,取齿宽系数初选螺旋角实际传动比,误差,在设计给定的范围内可用。2.2齿面接触疲劳强度计算确定公式中各式参数: 1)载荷系数试选: 2)齿轮传递的转矩: 3)材料系数: 4)应力循环次数: 5)确定大小齿轮的接触疲劳许用应力极限: 取安全系数,
12、接触疲劳寿命系数 按较小者取计算小齿轮分度圆直径 计算圆周速度: 校正分度圆直径: 2.3齿根弯曲疲劳强度校核确定公式中各参数值: 1)大小齿轮的弯曲疲劳强度极限取: 2)弯曲疲劳寿命系数取 3)取定弯曲疲劳安全系数,应力修正系数则许用弯曲应力 4)使用系数根据 按7级精度,动载系数 ,则计算载荷系数: 5)齿轮系数和应力修正系数计算 比较取其中较大值代入公式计算 因小齿轮的数值大,应按小齿轮校核齿根弯曲疲劳强度校核计算所以 弯曲疲劳强度足够。2.4齿轮的几何尺寸设计计算1) 计算模数:,按标准取模数 2) 两轮分度圆直径: 3) 中心距:4) 齿宽: 取5) 齿全高 :3.创建高速级斜齿圆柱
13、齿轮特征 A、新建零件文件图3-1 新建 在上工具栏中单击“新建”按钮在系统弹出的【新建】对话框,选中其中的零件单选按钮,在“名称”栏中输入“xiechilun”,不勾选“实用缺省模板”,单击,图3-2 模板 在弹出的“新文件选项”对话框中选择mmns_part_solid,将英制单位改为公制单位,单击进入三维实体建模环境如图4:图3-3.绘图页面B、创建基础实体特征 1.设置参数在参数对话框中选择添加参数,在新建的列表中选择添加的参数输入名称M,数值2.5,按此步骤输入其余参数如图5图3-4 参数对话框 2.创建基准曲线 此步骤为分别作齿轮的基园,齿顶圆,分度圆和齿根圆,然后通过参数定义其尺
14、寸,然后通过使用参数方程定义渐开线创建出齿廓线。步骤:1).准特征草绘绘制四个圆完成 2).具关系对话框关系编辑区输入关系式完成后再生模型得到如图6曲线 3) .曲线选项从方程/完成曲线方程对话框得到坐标系/选取在出现的设置坐标类型菜单中选择坐标轴选项在弹出对话框中输入参数方程并保存,回到原对话框点确定即完成曲线创建。单击选择曲线完成基准点的创建。类似操作创建基准轴和基准面。在模型区选择渐开线创建齿轮渐开线。 图3-5 齿轮曲线及齿的创建 4).此曲线创建完毕的基础上创建齿特征,单击“阵列工具”按钮,在操控板中的阵列方式框中选择“轴”方式,系统提示“选取创建阵列的轴”,在主视区中选择旋转轴线作
15、为参照,在“输入第一方向的阵列成员数” 输入框中输入阵列数目,单击右侧的,完成齿特征的阵列特征的创建完成齿创建后在右工具箱中单击“拉伸工具”,单击,在弹出的草绘上滑面板中单击“定义”按钮,弹出“草绘”对话框,在主视区内选择FRONT基准平面作为草绘平面,单击按钮。接受系统默认的绘图参照,单击按钮进入草绘器,在主视区中绘制拉伸截面图,同时可以在关系对话框中输入方程式以便调用,单击退出草绘完成镂空特征及轴键特征。 单击“倒角工具”按钮,在主视区中选择外侧的两条和内侧的一条曲线,单击下工具箱左侧下拉列表框右侧的,将倒角方式改为“45D”,在右侧的下拉列表框中输入D值,单击下工具箱右侧的,完成倒角特征
16、的创建。 图3-6 斜齿轮创建实体效果图 4.低速级直齿圆柱齿轮传动4.1.定材料、精度等级、齿数 选择45钢调质淬火回火处理,齿面硬度分别为220HBS,280HBS,属软齿闭式传动,载荷平稳齿轮速度不高,初选7级精度,小齿轮齿数大齿轮齿数,按软齿面齿轮非对称安装取齿宽系数,实际传动比,误差,在设计给定的5%范围内可用。4.2.面接触疲劳强度计算确定各式参数:1) 载荷系数试选:2) 小齿轮传递的转矩:3) 材料系数:4) 大,小齿轮的接触疲劳极限:5) 应力循环次数:6)接触疲劳寿命系数确定许用接触应力,取安全系数,取 计算小齿轮分度圆直径: 7)计算圆周速度: 8)计算载荷系数k 系数,
17、根据,选7级精度,得动载系数=0.7 ,=1.0则 9)校正分度圆直径4.3.齿根弯曲疲劳强度校核 确定公式中各参数值:1) 大小齿轮的弯曲疲劳强度极限查取2) 弯曲疲劳寿命系数查取3) 取定弯曲疲劳安全系数,应力修正系数许用弯曲应力: 4)系数和应力修正系数 ,计算 比较取其中较大值代入公式计算 5)轮的数值大,应按小齿轮校核齿根弯曲疲劳强度校核计算 所以弯曲疲劳强度足够。4.4.齿轮的几何尺寸设计计算 1).计算模数,按标准取模数 2).两轮分度圆直径 =m 3).中心距 4).齿宽 b=d1=1.075=75mm 取 5).齿全高 5.创建低速级直齿圆柱齿轮特征 在上面已有生成的参数齿轮
18、创建的基础上,可以通过把已有参数齿轮作为模板进行修改参数对话框,来改变齿轮各个参数已得到所需齿轮特征。 步骤:1).打开已有参数齿轮,如上述打开工具参数,弹出关系对话框,修改齿轮的齿数数值和模数数值,单击完成参数设置,选择标准工具栏再生 工具,再生模型。 2).由此按以上所计算的数据,修改齿轮各个参数得到所要的齿轮参数特征,图5-1 直齿轮特征图6.轴的设计与计算在完成了传动系统运动及动力参数的计算和减速器两级齿轮传动的设计计算之后,接下来可进行减速器轴的设计,绘制轴的布置简图和初定跨距,轴的布置入图 图6-1 轴分部图 考虑相邻齿轮设轴向不发生干涉,计入尺寸: 齿轮与箱体内壁设轴向不发生干涉
19、,计入尺寸: 为保证滚动轴承放入箱体轴承座孔内,计入尺寸 初取轴承宽度分别为: 由 则3根轴的支架跨度分别为 6.1 高速轴(1轴)的设计 1.选择轴的材料及热处理 轴上齿轮的直径较小,采用齿轮轴结构,轴和齿轮的材料及热处理一致,选用40调质处理后表面淬火。 2. 轴的受力分析 轴的受力简图如图示: (a)轴的受力简图1) 计算齿轮的啮合力2) 求水平面内的支承反力,作水平面内的弯矩图: 轴在水平面内的受力简图,如图示: (b) 轴在水平面内的受力简图 轴在水平面内的弯矩图如上图示3) 求垂直面内的支承反力,作垂直面内的弯矩图轴在垂直面内的受力简图,如图示(c) 轴在垂直面内的受力简图轴在垂直
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