学士学位论文--二级减速器设计.doc

潍坊科技学院学士学位论文 摘要摘要随着计算机技术的发展和应用，三维模型虚拟设计以及装配技术已成为机械设计领域发展的必然趋势。利用计算机辅助设计能有效的优化产品的性能，提高设计效率，从而缩短产品的开发周期，降低成本，创造更多的价值。而UG软件作为一款集成化的CAD/CAM系统软件，能实现机器各个部件实体造型的建模仿真以及在UG环境下的虚拟装配。减速器在机械设备行业是一种很常用的传动装置，其在各类机械设备中有着非常广泛的应用，机械设备传动性能的好坏与减速器设计的优劣水平有着直接的关系。本文主要针对二级齿轮减速器，利用UG软件对其进行建模仿真以及虚拟装配，并从中发现和解决问题，获取齿轮减速器的相关参数，提高齿轮减速器的设计效率。在计算机技术的运用中使产品更加多样化、参数化和柔性化，并且降低产品的成本，以符合现代科技发展的要求，最终提高企业的综合竞争力。关键词：减速器；UG软件；虚拟装配；仿真ABSTRACTWith the development and application of computer technology, three dimensional model of virtual design and assembly technology has become the inevitable trend of the mechanical design field development. Using computer aided design is effective to optimize product performance and improve the efficiency of design, so as to shorten the cycle of product development, reduce costs and create more value. As a integrated system of CAD/CAM software, UG software can realize machine parts entity model of virtual assembly simulation and modeling in UG environment. Reducer in the machinery industry is a very commonly used transmission device. It has very extensive application in all kinds of mechanical equipment. Mechanical equipment transmission performance is good or bad and the pros and cons of reducer design level have a direct relationship. This article mainly aimed at the secondary gear reducer and using UG software to carry on the modeling and simulation and virtual assembly, to discover and solve the problem, get relevant parameters of gear reducer,and make the gear reducer design more effectively. In the use of computer technology make the products more diversified, parameterized and flexibility, and reduce the cost of the products, to meet the demands of the development of modern science and technology, eventually improve the comprehensive competitiveness of enterprise.Keywords: reducer ;UG software ;virtual assembly ;simulation潍坊科技学院学士学位论文 目录目录1绪论11.1 计算机辅助设计的现状及发展趋势11.2 UG简介31.2.1 UG中二维工程图与AutoCAD间的转换31.2.2 参数化特征造型技术41.3 减速器的概述51.3.1减速器的分类51.3.2 减速器的主要组成51.4 本设计简介72 减速器传动方案的设计82.1 传动方案分析82.2 传动方案选择82.2.1 选择合适的电动机92.2.2 计算总传动比和分配传动比102.2.3 计算传动装置的运动和动力参数103 轴及齿轮的参数设计与建模123.1 各轴及齿轮的参数设计123.1.1 低速轴的参数设计123.1.2 中间轴的参数设计153.1.3 高速轴的参数设计173.1.4齿轮的参数设计203.2 各轴及齿轮的建模233.2.1 低速轴的建模233.2.2 中间轴的建模243.2.3 高速轴的建模253.2.4 大齿轮的建模273.2.5其他齿轮零件的建模294 齿轮减速器箱体的设计与建模304.1 减速器参数设计304.2减速器箱体的建模314.2.1箱体的整体建模314.2.2 箱体其他零件的建模345 减速器的虚拟装配355.1虚拟装配的概念355.2 轴的装配过程365.3 箱体的整体装配过程375.3.1机盖上零部件的安装375.3.2 机座上零部件安装375.3.3 箱体的整体装配386齿轮减速器的运动仿真416.1 运动仿真的概述416.2运动仿真的过程416.2.1创建连杆416.2.2创建运动副426.2.3创建动画437小结44致谢45参考文献46附录47潍坊科技学院学士学位论文 绪论1绪论1.1 计算机辅助设计的现状及发展趋势传统的机械设计是利用手工绘图设计产品方案，并通过单件小批量生产加工工件。这样的传统设计不仅效率低，设计与制造过程不并行。而且在装配过程中如果零部件间误差过大或是生产出来的成品不能满足所需产品的技术要求，这就意味着设计的失败，只能重新设计，重新生成样品，重新装配再检验直到设计出符合要求的产品。从而造成设计成本高，产品开发周期长，资源浪费等问题。随着科技的发展和经济全球化的推进，传动的工业设计已不能满足现代社会的需求，而计算机辅助设计（CAD）就是在这种环境下应运而生的。计算机辅助设计技术室设计人员在CAD系统的辅助下，根据产品的设计程序进行设计的一项新技术，是随着电子技术和计算机技术的发展而逐步发展起来的。它具有工程机设计分析计算、几何建模、仿真与试验、绘制图形、工程数据库管理、生成设计文件等功能。经过四十多年的努力,CAD技术的广泛应用已经引起了一场工程设计领域中的技术革命,特别是近二十年来,由于计算机硬件性能的不断提高,CAD技术有了大规模的发展,目前CAD技术已经应用于许多行业,如机械,汽车,飞机,船舶,电子,轻工,建筑,化工,纺织及服等,机械CAD在整个工程CAD中占有比较重要的地位。应用CAD技术起到了提高机械制造企业的设计效率，优化了设计方案，减轻技术人员的劳动强度，缩短设计周期，加强设计的标准化等作用，为企业实现设计现代化提供了支持。当前工业企业正面临着市场全球化、制造国际化和品种需求多样化的新挑战，各企业间围绕着时间、质量和成本的竞争越来越激烈。由此出现了一系列先进制造技术、系统和新的生产管理方法。如并行工程、及时生产、精良生产、敏捷制造和虚拟现实技术等，所有这些先进制造技术和系统都与CAD系统的发展与应用密切相关。目前CAD系统的发展趋势主要体现在以下几方面：1,CAD系统应用面向产品的全过程：在产品的全过程中，要求产品的信息能在产品生命周期的不同环节方便地转换有助于产品开发人员在设计阶段能全方位地考虑产品的成本、质量、进度及甩户需求。2,CAD系统应充分考虑产品的继承性：在产品的更新换代过程中，要求能方便地获得产品的全部历史数据以便充分利用已经经过生产实践的产品信息。1)在用CAD系统进行新产品成品的开发设计时，只需对其中极少部分零部件进行重新设计和制造即可得到全新的产品。2)对于类似零件，当采用特征建模法完成新零件设计后，并当类似的零件变型不断出现时，应自动将零件功能特征模型转为典型零件模型。这不仅大大缩短了产品开发周期，节约了研制成本，还提高了产品的标准化程 度。保证了产品的一次成熟性和一次成功性。CAD系统应满足并行设计的要求：并行工程的关键是用并行设计方法代替串行设计方法。产品在设计过程中可以容易地被分解为不同的模块，分别由不同设计人员分工进行设计然后通过计算机网络进行组装和集成。在产品的开发过程中，使开发组成员易于实现半结构化通信同时不同的设计层具有不同的管理使用权限。对产品建立统一的数据模型后进行动态管理。3,CAD系统应满足灵活的虚拟现实技术：设计人员可在虚拟现实中创造新的产品模型。并检查设计效果，可以及早看到新产品的外形，以便从多方面观察和评审所设计的产品。运用虚拟工具任意改变产品的外形而无需耗费材料及占用加工设备，这种方法可尽早地发现在产品研制过程的最初阶段出现的设计缺陷如结构空间的干涉等问题，以保证设计的准确性。4,CAD系统要具有很好的可移植性和自组织性：在CAD系统中，用户可以根据自己的需要随时加入运行文件和模块还可重新装配各个模块中的子模块。或者按照自己的要求修改系统中的不足之处，而这种修改不会影响这个CAD系统。5,CAD系统要具有很好的集成性：CAD与CAPP、CAM的集成已成为工程领域中急需解决的问题。一般可以通过两个途径来解决：一是通过接口，将现有的各自独立的CAD、CAPP和CAM系统连接起来；二是开发集成的CAD/CAPP/CAM系统。6,智能CAD系统：智能CAD是一种新型的高层次计算机辅助设计方法和技术。它将人工智能的理论和技术与CAD相结合，使计算机具有支持人类专家的设计思维、推理决策及模拟人的思维方法与智能行为的能力，从而把设计自动化推向更好的层次。这种智能性具体表现为：（1）智能地支持设计人员，而且是人机接口也是智能的。系统必须懂得设计人员的意图，能够检测失误，回答问题，提出建议方案等。（2）具有推理能力，使不熟悉的设计人员也能做出好的设计来。在未来的几十年里，CAD技术将在建模技术、软件组件技集成智能化等方面进一步发展，因而也必将在机械工程设计的各个领域发挥越来越重要的作用。近年来我国在CAD技术的研究、开发和推广上取得了较大的进展,但与工业发达国家相比,在应用或开发的广度和深度上还存在着很大的差距,国内的CAD软件功能单一,集成化程度低、性能稳定性差,缺乏竞争力,其商品化程度低,难以进入市场。CAD系统仅仅是图板的代替品,设计人员借助CAD来摆脱传统的手工制图,CAD系统的深层次应用不到位,在制造业领域、真正用CAD技术进行产品设计的比例不高,这些都制约了CAD技术在我国机械制造业中发挥更大作用。这就要求我们要充分学习好现代科技，利用计算机技术使产品更加多样化、参数化和柔性化，提高生产效率降低成本，以符合现代科技发展的要求，最终提高企业的综合竞争力。1.2 UG简介Unigraphics（简称UG）是UGS公司推出的全面产品解决方案中产品开发领域的旗舰产品。它以航空航天与汽车工业的专业经验为依托，现已发展成为世界一流的集成化机械CAD/CAE/CAM软件。UG把CAD/CAE/CAM无缝集成到一个一体化、开放的环境中，为客户提供崭新的、更直观的用户界面和更强劲的创新功能。UG作为三维造型设计系统，是一套由设计到生产的机械自动化软件，其功能强大，用途广泛，是新一代CAD/CAM系统软件。它以尺寸驱动、特征建模、全参数设计、单一全关联的数据库、虚拟现实及多数据接口等优点改变了传统的设计观念，使设计工作直观化、高效化、精确化和系统化，成为目前机械CAD领域的性标准。与传统的CAD系统仅提供绘图工具不同，UG提供了一套完整的机械产品解决方案，包括工业设计、机械设计、模具设计、钣金设计、加工制造、机构分析、有限元分析和产品数据库管理、甚至包括了产品生命周期，是多项技术的集成产品。UG的主要特征有：3D实体模型；基于特征的参数化实体建模；单一数据库；机构设计技术；行为建模技术；NC加工；强大的装配功能；二次开发技术等。1.2.1 UG中二维工程图与AutoCAD间的转换UG是功能强大的专业CAD/CAM软件，应用范围很广。AutoCAD有完善的二维工程图设计功能及对系统要求低等特点，因而得到广泛的应用。目前在工程实践中，二维工程图作为重要的技术文档时必不可少的。虽然在UG中可以对工程图进行尺寸、公差等标注，但由于在UG中对实体作标注，转成二维工程图时往往不符合我国的制图标准，因此应当在AutoCAD中完成尺寸标注工作和添加标题栏、技术要求等内容，即利用UG参数化造型技术，对零件直接进行三维模型设计，对零件设计修改，直至确定无误后再将设计好的三维模型转化为然后调入AutoCAD中进行编辑，二维工程图，最后得到符合企业需要的、完善的工程图。采用这种方法进行产品设计。UG生成三维模型，再将其转换然后由AutoCAD输出人们所熟悉的成二维工程图，工程图，可提高设计、绘图和修改等工作的效率和质量，并引起取长补短的作用。另外，由于UG对数据格式和图像格式的识别能力， UG中可以很容易的读取AutoCAD的二维在图形作为拉伸、旋转、扫描、混成的草图；同时AutoCAD在我国普及率很高，许多人对它都十分熟悉，而且很多企业早期的图档都在AutoCAD中作的，因此可以使用已有的AutoCAD二维图形作为UG三维造型时的草图，进行三维转换，也可以使用AutoCAD来为UG绘制草图， 从而避免重复劳动和有效地利用已有资源。1.2.2 参数化特征造型技术参数化特征造型被公认为目前几何造型的发展趋势，UG实体模型由一些工程特征组合而成，UG模块提供了拉伸、旋转、扫描、过度、孔、槽、圆角、倒角、抽壳、拔模斜度、自由变形、变截面扫描等众多的特征和特征的构造方法，为用户提供了设计非常复杂形状或实体模型的有力工具。基于特征的参数化造型时将参数化造型的思想和特征造型的思想有机的结合在一起，用尺寸驱动或变量设计的方法定义特征并进行类似的操作，这样就形成了参数化特征造型。由于特征全部用参数化定义，因此对形状、尺寸、公差、表面粗糙度等均可随时修改和更行，最终达到修改设计的目的。参数化方法使设计者在构造几何模型时可以集中于概念设计和整体设计，充分发挥创造性，提高设计效率。基于特征的技术为设计者提供了符合人们思维习惯的设计环境，二者有机地结合起来进行实体造型将极大的提高设计效率。在UG的环境中，构造实物实体的方法很多。选择一种有效的方法，使建立的特征少，且能有效生成实体；形成的特征有利于后续特征的建立和修改是非常重要的。所以在设计之初，对零件的外型设计要一个整体规划，要清楚自己所做的零件的复杂程度，首先要确定整个零件的基准参考中心和参考面，使后面建立的特征（Feature）都是基于该基准建立的，这样有利于后面特征修改（Modify）和再生成（Regenerate）；其次要确定模型（Model）的所有特征间构建的大致先后顺序，把一些小而非重要特征先做，对开始不太明确的，并且需要经常改动变化的特征放到后面建立。这样就可以在需要修改时改动局部就可以了，既节省了时间又省去了许多麻烦1.3 减速器的概述减速器在机械设备行业是一种很常用的传动装置，其在各类机械设备中有着非常广泛的应用，机械设备传动性能的好坏与减速器设计的优劣水平有着直接的关系。因而对齿轮减速器进行设计和研究有着非常重要的实际意义。1.3.1减速器的分类减速器按用途可以分为通用加速器和专用减速器两大类。其中常见的减速器一般包括：（1）一级圆柱齿轮减速器：传动、比一般小于5，使用直齿、斜齿或人字齿齿轮，传递功率可达数万千瓦，效率较高。工艺简单，精度易于保证，应用广泛。轴线可作水平布置、上下布置或铅垂布置。（2）二级圆柱齿轮减速器：传动比一般为8到40，结构简单，应用广泛。又可分展开式、分流式、同轴式三种。（3）斜齿一级锥齿轮减速器：传动比一般小于3，使用直齿、斜齿或曲齿齿轮。（4）一级蜗杆减速器：结构简单，尺寸紧凑，但效率较低，适用于载荷较小、间歇工作的场合。1.3.2 减速器的主要组成减速器主要由传动零件(齿轮或蜗杆)、轴、轴承、箱体及其附件所组成。其基本结构有三大部分：1，齿轮、轴及轴承组小齿轮与轴制成一体，称齿轮轴，这种结构用于齿轮直径与轴的直径相关不大的情况下，如果轴的直径为d，齿轮齿根圆的直径为df，则当df-d67mn时，应采用这种结构。而当df-d67mn时，采用齿轮与轴分开为两个零件的结构，如低速轴与大齿轮。此时齿轮与轴的周向固定平键联接，轴上零件利用轴肩、轴套和轴承盖作轴向固定。两轴均采用了深沟球轴承。这种组合，用于承受径向载荷和不大的轴向载荷的情况。当轴向载荷较大时，应采用角接触球轴承、圆锥滚子轴承或深沟球轴承与推力轴承的组合结构。轴承是利用齿轮旋转时溅起的稀油，进行润滑。箱座中油池的润滑油，被旋转的齿轮溅起飞溅到箱盖的内壁上，沿内壁流到分箱面坡口后，通过导油槽流入轴承。当浸油齿轮圆周速度2m/s时，应采用润滑脂润滑轴承，为避免可能溅起的稀油冲掉润滑脂，可采用挡油环将其分开。为防止润滑油流失和外界灰尘进入箱内，在轴承端盖和外伸轴之间装有密封元件。2，箱体箱体是减速器的重要组成部件。它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。箱体通常用灰铸铁制造，对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单体生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接的箱体。灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。轴承座的联接螺栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台，应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。为保证箱体具有足够的刚度，在轴承孔附近加支撑肋。为保证减速器安置在基础上的稳定性并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底座一般不采用完整的平面。3，减速器附件为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计给予足够的重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、加工及拆装检修时箱盖与箱座的精确定位、吊装等辅助零件和部件的合理选择和设计。 （1)窥视孔及窥视孔盖：由于要防止污物进入机体和润滑油飞溅出来，因此盖板下应加防渗漏的垫片。考虑到溅油量不大，故选用石棉橡胶纸材质的纸封油圈即可。（2)通气器：为防止由于机体密封而引起的机体内气压增大，导致润滑油从缝隙及密封处向外渗漏，使密封失灵。（3)放油孔及放油螺塞：为了能在换油时将油池中的污油排出，清理油池，应在机座底部油池最低处开设放油孔。（4)油面指示器：为了能随时监测油池中的油面高度，以确定齿轮是否处于正常的润滑状态，故需设置油面指示器。（5)吊耳和吊钩：为了方便装拆与搬运，在机盖上设置吊耳，在机座上设置吊钩。 (6)定位销：本减速器机体为剖分式，为了保证轴承座孔的加工和装配精度，在机盖和机座用螺栓联接后，在镗孔之前，在机盖与机座的连接凸缘上应装配定位销。定位销采用圆锥销，安置在机体纵向两侧的联接凸缘得结合面上，呈非对称布置。(7)起盖螺钉：在机盖与机座联接凸缘的结合面上，为了提高密封性能，常涂有水玻璃或密封胶。因此联接结合较紧，不易分开。为了便于拆下机盖，在机盖地凸缘上设置一个起盖螺栓。1.4 本设计简介本设计主要是对二级齿轮减速器进行设计。根据减速器的工作环境，拟定减速器的传动方案，通过计算确定减速器的各个参数，包括轴的直径、长度、材料以及加工工艺，齿轮的模数、齿数、样式和材料等。并利用这些参数，结合计算机软件，即UG NX。绘制出齿轮减速器各个零部件的三维模型。并根据已经建立的三维零件模型和UG的各种应用功能模块对模型进行虚拟装配操作,创建齿轮减速器的实体效果图，并完成减速器二维工程图的创建。最后对减速器进行虚拟仿真运动，以直观的反应减速器的运动状态，为得到相应的运动参数做基础。在设计中不但可以熟悉机械的设计过程，完善设计思路，了解现代机械设计发展的趋势，充分认识和掌握现代设计的方法。了解UG软件的功能和使用方法，为以后的工作学习打下基础。49潍坊科技学院学士学位论文 减速器传动方案设计2 减速器传动方案的设计传动装置在整台机器的质量和成本中占有很大的比例，机器的工作性能和运转费用也在很大的程度上取决于转动装置的优劣。减速器作为机械中常用的传动装置，连接了高速级与低速级，因此选择合适的传动方案能有效地提高传动的稳定性和传动效率。2.1 传动方案分析1，带传动是一种挠性传动，通过摩擦传递运动和动力。具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点。但承载能力小，宜布置在高速级；2，链传动也是一种挠性传动，通过链轮与链条的啮合传递动力和运动。制造和安装精度要求低，成本低。但只能实现平行轴间链轮的同向传动，不能保持恒定的瞬时传动比，稳定性差，且有冲击振动，宜布置在低速级；3，蜗杆传动冲击载荷小，传动平稳，但传动效率低，磨损严重。放在高速级时蜗轮材料应选用锡青铜，否则可选用铝青铜；4，开式齿轮传动的润滑条件差，磨损严重，应布置在低速级；5，锥齿轮、斜齿轮宜放在高速级。二级圆柱齿轮减速器的传动比一般为8-40，使用斜齿、直齿或人字齿。减速器的高速级一般通过带传动或直接通过联轴器与电动机相连接。低速级则通过链传动或其他传动方式与工作机相连接。2.2传动方案选择由减速器的实际工作环境具体分析，拟定合适的传动方案。本文设计环境以长期连续运转，载荷变化不大，使用期限八年（每年按300个工作日计算），输送带速度V的容许误差为5，工作机的效率w=5的机械为例。表2-1工作环境参数每日工作时间T/h24输入带工作压力/N2200输入带传送速度/m/s1.3工作机直径/mm1602.2.1 选择合适的电动机1，选择电动机的类型和结构型式电动机有交流电动机和直流电动机之分，一般工厂都采用三相交流电，因而多采用交流电动机。一般选择Y型三相异步电动机。2，电动机的额定功率电动机功率的选择直接影响到电动机的工作性能和经济性能的好坏。所选电动机的功率小于工作要求，则不能保证工作机的正常工作，使电动机经常过载而提前损坏；如果电动机的功率过大，则电动机经常不能满载运行，功率因数和功率较低，从而增加电能消耗、造成浪费。工作机最大的使用功率：Pw=Fv/1000w=2.98Kw电机至工作机的总效率：总 =带2轴承齿轮联轴器滚筒=0.960.98010.97x0.99x0.96=0.8674则电动机所需功率Pd需= Pw/=3.1KW由于该机械载荷变化不大，电动机额定功率Pd只需略大于Pd需即可，故取电动机的额定功率Pd为4kw。3，电动机的转速同一类型的、相同额定功率的电动机也有几种不同的转速。低转速电动机的极数多、外阔尺寸及重量较大、价格较高，但可使传动装置的总传动比及尺寸减小，高转速电动机则与其相反。一般多选用同步转速为1500r/min或1000r/min的电动机。工作机的工作转速：Nw=601000V/D=601000x1.3/3.14x160 =155r/min 按推荐的传动比合理范围，取V带传动比i1=24;一级直齿轮传动比i2=35，则总传动比的推荐范围：i= i1Xi2=620，则电动机的转速可选范围：Nd=ixNw=(616)x155=9302480 r/min经查表，再综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，则转速为960r/min的Y132M1-6型电动机比较适合。其主要参数为额定功率：4KW，满载转速960r/min，额定转矩2.2。2.2.2 计算总传动比和分配传动比总传动比i=Nd/Nw=960/155=6.19。对于二级齿轮减速器而言i=i1Xi2，为使V带轮的尺寸不致过大，取i1=2.4，分配时传动比应保证i1i2，所以去i2=3.9。确定总传动比后应合理分配各级传动比，限制传动件的圆周速度以减小动载荷，降低传动精度等级。分配各级传动比时要考虑到：1，各级传动比应该在推荐的范围内选取。2，应使传动装置的结构尺寸较小、重量较轻。3，应使各传动件的尺寸协调，结构匀称、合理，避免互相干涩碰撞。4，对于二级展开式齿轮减速器而言，高速级和低速级的大齿轮直径应尽量相等，以利于浸油润滑。一般推荐高速级传动比为i1=（1.31.5）Xi2。一般允许工作机实际转速与设定转速之间的相对误差为（35）。2.2.3 计算传动装置的运动和动力参数为了确定传动方案，还需推算出各轴的转速、功率和转矩。一般按由工作机至工作机之间运动传递的路线推算各轴的运动和动力参数。1各轴转速计算: 轴：N=Nd /i1=400r/min 轴：N=N/i2=102r/min工作机轴：Nw=N=102r/min2各轴的输入功率: 轴：P=PdX01=4X0.96=3.84kw 轴： P= PX12=3.84X0.99X0.97=3.69kw 工作机轴：P=PX23=3.69X0.99X0.97=3.54kw3各轴的转矩：电动机轴：Td=9550xPd/Nd=9550X4/960=39.79Nm 轴： T=TdXi1X01=39.79X2.4X0.96=91.68 Nm 轴：T= TXi1X12=91.68X3.9X0.99X0.97=345.5Nm 工作机轴：T= TX2X4=345.5X0.99X0.97=331.8 Nm表2-2运动和动力参数轴名功率kw转矩N.m转速r/min电机主轴439.79960轴3.8491.68400轴3.69345.5102工作机3.54331.8155根据计算各级传动件的参数选择合适的传动方案，确定各传动件的尺寸、联轴器类型和规格、传动齿轮的模数、齿数以及传动轴的材料类型等。潍坊科技学院学士学位论文 轴及齿轮的参数设计与建模3 轴及齿轮的参数设计与建模3.1 各轴及齿轮的参数设计3.1.1 低速轴的参数设计1，选择轴的材料为45号调制刚。2，轴的受力分析，简图如图所示。图3-1轴的受力分析图图中LAB=340mmLBC=n3/2+c+k+bh2/2=43mmLAC=LABLBC=297mm3，计算齿轮的啮合力； 式（3.1） 式（3.2）4,求水平面内的支承反力轴在水平面内的受力简图如图所示：图3-2 轴水平方向的受力分析图5,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所示图3-2轴垂直方向的受力分析图求支承反力：轴的初步计算 式（3.3）45号钢调质 许用弯曲应力，取折算系数将以上数值代入轴计算截面（c截面）直径计算公式：在此轴段开有一个键槽时，直径增大4%，计算截面直径轴的最小直径:6，轴的结构设计按经验公式，减速器低速级从动轴的危险截面直径，取减速器低速轴的危险截面直径根据轴上零件的位置、安装和定位的需要，初定各轴段的直径及长度，其中轴颈、轴头结构尺寸应与轴上相关零件的结构尺寸联系起来统筹考虑。安装齿轮处轴段长度：轴段长度等于轮毂长度减2mm轴颈（轴上安装滚动轴承段）直径：42、 50、56、64、68、59、55。 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度整个低速轴长度为340mmI段轴承安装轴承和挡油环，6211宽度B=21，该段长度选为43mm。II段轴考虑到齿轮齿宽的影响，所以长度为73mm。III段为定位轴肩，长度略小11mm。IV段用于安装大齿轮，考虑齿宽长度为48mm。V段用于安装轴承与挡油环，长度与I相同，为45mm。VI长度与联轴器有为55mm。图3-3 轴的工程图3.1.2 中间轴的参数设计1，选择轴的材料用45号钢调质，2，轴的受力 LAB=205mm85mm115mm 162mm3，计算齿轮的啮合力； ,4，求水平面内的支承反力5，求垂直面内的支承反力6， 求支承反力 7，轴的初步计算材料45号钢调质，许用弯曲应力取折算系数轴的最小直径为:在此轴段开有一个键槽时，直径增大4%计算截面直径 8，轴的结构设计按经验公式，减速器高速级从动轴的危险截面直径取减速器中间轴的危险截面直径，根据轴上零件的布置，安装和定位的需要，初定各轴的直径及长度其中轴颈、轴头结构尺寸应与轴上相关零件的结果尺寸。联系起来统筹考虑。安装齿轮处轴段长度：轴段长度=轮毂长度2mm轴颈（轴上安装滚动轴承段）直径：55、62、72、60、55。根据轴向定位的要求确定轴的各段长度：I段轴承安装轴承和挡油环，轴承6211宽度B=17，该段长度选为40mm。II段轴考虑到齿轮齿宽的影响，所以长度为45mm。III段为定位轴肩，长度略小5mm。IV段用于安装大齿轮，考虑齿宽长度为67mm。V段用于安装轴承与挡油环，为43mm。图3-4中间轴的工程图3.1.3 高速轴的参数设计1， 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。图3-5 轴的受力简图LAB=257mm92mm165mm3，计算齿轮的啮合力4，求水平面内的支承反力轴在水平面内的弯矩图和受力简图，如图示：图3-6轴在水平方向的弯矩图5，直面内的支承反力轴在垂直面内的弯矩图和受力简图，如图示图3-7轴在垂直方向的弯矩图轴在垂直面内的弯矩图如上图示。6，面C处弯矩考虑启动，停机的影响，扭矩为脉动循环强度校核45号钢调质处理，由弯扭合成强度满足要求。7轴的初步计算轴为40Cr调质，许用弯曲应力值取折算系数 将以上数值代入轴计算截面（c截面）得d=50mm轴的最小直径:d1= 25mm按经验公式，减速器输入轴的轴端直径，（dm机轴端直径)参考联轴器标准轴孔直径，取减速器高速轴的轴端直径d减=25mm根据轴上零件的布置，安装和定位的需要，初定各轴段的直径及长度其中轴颈，轴头结构尺寸与轴上相关零件的结构尺寸联系起来统筹考虑。轴颈（轴上安装滚动轴承段）直径可选取：25、5、45 、5、50、36。各段长度的确定：各段长度的确定从左到右分述如下：该段轴连接联轴器，半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm，该段长度定为34mm。该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离、轴承与箱体内壁距离（采用油润滑），还有二级齿轮的宽度，定该段长度为130mm，由于考虑到轴的质量问题，该轴做成阶梯轴。该段长度分别为54,32,46。同时留有砂轮越层槽。该段考虑齿轮的宽度，根据齿轮校核，选定该段52mm。该段轴肩选定长度10mm。该段与相同取30mm。图3-8 高速轴的工程图3.1.4齿轮的参数设计1，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z1=30大齿轮齿数z2=i1Xz1=80，按软齿面齿轮非对称安装取齿宽系数d=1，实际传动比i12=2.67，误差i12-i12/ i12=2.67-2.633/2.67=0.01315%.在设计给定的5%范围内可用。2，面接触疲劳降低的计算。 式（3.4）确定各式参数：载荷系数试选: Kt=1.5小齿轮传递的转矩:T1=9.55106P/n1=1.399105 NM材料系数:大、小齿轮的接触疲劳极限:应力循环次数:接触疲劳寿命系数确定许用接触应力,取安全系数,取H= H1 计算小齿轮分度圆直径: 计算圆周速度:计算载荷系数k系数，根据，选7级精度,得动载系数=0.7 ,=1.0则 校正分度圆直径3，齿根弯曲疲劳强度校核 式（3.5）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 式（3.6） 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，齿轮