RV减速器设计.doc

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CAD/CAE/CAM理论与应用

一、 初步设计 1

1. 设计任务书 1

2. 原始数据 1

3. 传动系统方案的拟定 1

二、 电动机的选择 2

1. 电动机容量的选择 2

2. 电动机转速的选择 2

3. 电动机型号的选择 2

三、 计算传动装置的运动和动力参数 3

1. 传动比的分配 3

2. 各轴转速计算 3

3. 各轴功率计算 3

4. 各轴转矩计算 3

5. 将上述计算结果汇总于下表，以备查用:

4

四、 传动系统的总体设计 4

1. 一级直齿轮传动的设计计算 4

2. 摆线齿轮传动的设计计算 7

3. 摆线齿轮三维建模 8

五、 轴的设计 13

1. 曲柄轴的设计 13

2. 输入轴的设计 14

六、 减速箱的润滑方式、润滑剂及密封方式的设计 15

1、 齿轮的润滑方式及润滑剂的选择 15

2、 密封方式的选择 15

七、 其他附件设计 15

八、 运动仿真 15

九、 设计心得 19

十、 附图及附表 20

参考文献 28

29

一、初步设计

1.设计任务书

（1）功率P：

约4.3kW；

（2）减速比i：

81；

（3）输出轴转速n：

5r/min；

（4）正反转输出回差：

60arcsec；

（5）设计寿命：

3000小时；

（6）结构尺寸不超过：

φ380mm×200mm；

（7）效率：

大于85%；

2.原始数据

表1-1原始数据

题号

参数

RV减速器设计

功率P/kW

4.3

输出轴转速n/（r/min）

5

减速比i

81

3.传动系统方案的拟定

图1-1RV传动简图

1—渐开线中心轮2—渐开线行星轮3—曲柄轴

4—摆线轮5—针齿6—输出盘7—针齿壳（机架）

二、电动机的选择

按照设计任务书要求选用Y系列一般用途的三相异步电动机，额定电压380V

1.电动机容量的选择

根据给定条件可知工作计划所需有效功率：

（2-1）

电动机输出功率公式为：

（2-2）

式中的为电动机到工作机轴的传动装置总功率。

，根据《机械综合课程设计》附表A-5，取各效率分别为：

（8级闭式齿轮传动）、（滚子轴承）、（摆线齿轮单级传动）。

则传动装置的总效率为：

（2-3）

电动机输出功率为

（2-4）

因载荷平稳，电动机额定功率只需大于即可，查表可选择电动机的额定功率

2.电动机转速的选择

根据给定条件可知减速器输出转速为

（2-5）

由于给定RV减速器总传动比为，因此计算得电动机所需转速应为

（2-6）

综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量及价格因素，为使传动装置紧凑，决定采用同步转速为的Y系列三向异步电动机Y160M2-8，满载转速为。

3.电动机型号的选择

根据《机械设计课程设计》电动机类型、容量和转速，由电机产品目录或有关手册选定电动机型号为Y160M2-8。

其主要性能如表2-1所示。

表2-1Y160M2-8型电动机的主要性能

型号

额定功率

/kw

满载转速/（r·min-1）

同步转速（r·min-1）

电动机中心高H/mm

外伸轴直径和长度

D/mm×E/mm

Y160M2-8

5.5

720

750

160

42×110

三、计算传动装置的运动和动力参数

1.传动比的分配

RV减速器的总传动比为：

分配传动装置各级传动比为：

，为使针齿壳（机架）外形尺寸不至于过大，初选一级行星齿轮传动比，则摆线齿轮传动比

2.各轴转速计算

根据给定条件可知输出轴转速：

，则：

摆线齿轮转速：

；

曲柄轴转速：

；

输入轴转速：

；

3.各轴功率计算

由《机械设计课程设计》查得滚子轴承传动效率，8级斜齿轮传动效率，摆线齿轮单级传动，则

总效率：

；

曲柄轴功率：

；

摆线齿轮功率：

；

输出轴功率：

。

4.各轴转矩计算

电机的输出转矩：

；

曲柄轴转矩：

；

摆线齿轮转矩：

；

输出轴转矩：

；

5.将上述计算结果汇总于下表，以备查用:

表3-1各轴的相关参数

电动机轴

曲柄轴

摆线齿轮

输出轴

转速

405

162

5

5

功率P/kw

4.859

4.713

4.527

4.3

转矩

114.5

277.8

8646.5

8213

传动比

2.5

32.4

1

四、传动系统的总体设计

1.一级直齿轮传动的设计计算

（1）选择齿轮材料和热处理、精度等级、齿轮齿数

考虑到一级小齿轮与输入轴为一体结构，则选大、小齿轮材料均用38CrMoAIA，调质后氮化，255~321HBS，8级精度，软齿面。

选小齿轮齿数,则大齿轮齿数，实际传动比。

（2）按齿面接触疲劳强度设计

闭式软齿面齿轮传动，承载能力一般取决于齿面接触强度，故按接触强度设计，校核齿根弯曲疲劳强度。

（4-1）

确定式中各项数值：

因载荷平稳，可初选载荷系数；

已知：

（4-2）

由《机械设计》表6-6，选取；

由《机械设计》表6-5，查得锻钢弹性系数；

由《机械设计》图6-14，查得；

由式

（4-3）

计算得；

由《机械设计》图6-13，查得；

由式

（4-4）

（4-5）

计算得小、大齿轮工作应力循环次数、；

由《机械设计》图6-15查得，

由《机械设计》图6-16d，按小齿轮齿面硬度255~321HBS均值288HBS，在MQ线和ML线中间查得小齿轮接触疲劳极限；同理，由图6-16d查得大齿轮接触疲劳极限，；取失效概率，则

（4-6）

（4-7）

取设计齿轮参数。

将确定厚的各项数值代入设计公式，求得

修正：

（4-8）

由《机械设计》表6-3查得；

由《机械设计》图6-7查得；

由《机械设计》表6-4查得；

由《机械设计》图6-10查得；

则

（4-9）

（4-10）

由于需要保证齿轮分布均匀，因此由《机械设计》表6-1，选取第一系列标准模数

齿轮主要几何尺寸：

（4-11）

则小齿轮分度圆直径为：

（4-12）

大齿轮分度圆直径为：

（4-13）

根据计算出来的最小可用直径来计算齿宽为

（4-14）

取，

（3）校核齿根弯曲疲劳强度

（4-15）

计算当量齿轮端面重合度

由《机械设计》可知：

由《机械设计》式6-13，得：

（4-16）

由《机械设计》图6-19、图6-20按查得：

，；

，；

由《机械设计》图6-21查得，

由《机械设计》图6-22c，按小齿轮齿面硬度255~321HBS均值288HBS，在MQ线上查得；同理，由图6-22c查得，；取；

（4-17）

（4-18）

将确定出的各项数值代入弯曲强度检核公式，得

（4-19）

（4-20）

齿根弯曲疲劳强度足够。

2.摆线齿轮传动的设计计算

（1）选择齿轮材料和热处理、精度等级、齿轮齿数

为了提高承载能力，并使结构紧凑，摆线轮、针齿销、针齿套、柱销、柱销套均选用轴承钢GCr15，热处理硬度取58~62HRC。

由于本设计里输入端为输入齿轮，输出端为轴，RV减速器减速比为,因此减速器速比值，根据公式

（4-21）

可计算出针轮齿数，即摆线轮齿齿数为。

（2）摆线针轮传动的基本参数

摆线针轮传动是以、、作为基本参数，将其他各参数尽可能化为、及的函数，在此引用一下两个参数：

①短幅系数

（4-22）

的取值不同，摆线轮的齿形就不同，会影响传动的性能指标，所以这是一个很重要的系数。

值既不宜取得过大，也不能取得过小。

比较合理的值应通过整机优化设计来确定，其推荐用值列于表4-1：

表4-1短幅系数推荐用值

根据摆线轮齿齿数，初选。

②针径系数

（4-23）

时，针齿间没有间隙，为保证针齿与针齿壳的强度，针径系数一般不小于1.25~1.4。

考虑到针齿弯曲强度，的最佳范围为，最大不超过4。

针径系数的推荐值列于表4-2：

表4-2针径系数推荐用值

根据针轮齿数，初选

根据经验公式

（4-24）

可计算得；

则根据公式（4-22）和（4-23），可计算得中心距，，取，

由《齿轮传动设计手册》表7-53可查得，由于，因此该尺寸合理，不会发生顶切。

再根据圆整后的，，可计算出，，均符合要求。

由可得摆线齿轮齿宽，由于需要安装轴承，因此齿宽需不小于轴承宽度，最终得。

3.摆线齿轮三维建模

本设计里的其中一个难点是用CATIA绘制出RV减速器的摆线齿轮。

由于CATIA没有自带的齿轮库和齿轮生成器，因此只能利用零件模块绘制齿轮，若利用绘制渐开线齿轮的方法来画摆线齿轮，将会需要几十个点和样条线才能画出比较规范的轮廓，这样计算量及操作量很大，修改麻烦，不予以考虑，因此在这里我利用CATIA的宏命令来绘制摆线齿轮。

首先确定好摆线齿轮短幅外摆线的参数方程，，即式（4-25）和式（4-26）：

（4-25）

（4-26）

在这里可以知道需要前面计算的、、、这几个参数

由上述计算可知：

、、、；

则代入式（4-25）和式（4-26）可得

（4-27）

（4-28）

在CATIA安装文件夹\B20\win_b64\code\command中找到GSD_PointSplineLoftFromExcel.xsl文件，如图4-1可以看到有A、B、C三列数据，分别为X、Y、Z的坐标。

图4-1GSD_PointSplineLoftFromExcel.xsl文件图

新建一个Excel表格，将式（4-27）和式（4-28）以分别填入A1、B1中，在D列填充以0为初始值，30为最终值，差值为0.1的等差序列，再将A1、B1中的参数替换成D1的数值，C列数值全为0，即以0.1的间隔来给摆线齿轮的短幅外摆线取点，再用样条线连接起来，形成较为精准的短幅外摆线；最后，利用填充命令，填充X、Y点数值，形成301个点坐标，如图4-2。

图4-2数据填充

接下来将填充得到的301个点坐标对应复制进GSD_PointSplineLoftFromExcel.xsl文件中；

图4-3数据复制

打开CATIA软件，新建一个part，进入零件设计模块；

图4-4新建零件

选择GSD_PointSplineLoftFromExcel.xsl文件中的视图选项卡（微软2010版本），点击“宏”

图4-5宏

在弹出的对话框中选择“Feuil1.Main”，单击“执行”后在对话框内填写“3”，单击“确定”，即可自动根据301个坐标点在CATIA中生成点和样条曲线。

图4-6宏对话框图4-7选择对话框

图4-8坐标点及样条线

由于宏命令能生成