减速器三维设计及虚拟装配.docx
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减速器三维设计及虚拟装配
减速器三维设计及虚拟装配
摘要
本设计要紧是针对减速器的动态虚拟装配，通过对零器件结构的分析和比较，设计出一符合技术及工艺要求的减速器，并利用Pro/E做出其动态虚拟装配。
该设计从分析和拟定传动方案开始，对减速器的结构、箱体、轴类、轴承组件、附件、润滑和密封等都做了详细的设计，并对动态虚拟装配做了相关说明。
通过整个设计过程使该减速器符合相关要求，并以动态虚拟的形式装配出来。
依照题目知设计的要紧任务一是减速器，第二是其动态装配。
依照要求采纳的是二级锥齿轮减速，同时通过下文的设计说明该减速器能达到相关的技术要求。
关键词：
减速器，动态装配，二级，锥齿轮
Reducerdesignandvirtualassembly
ABSTRACT
Thisdesignismainlyaimedatthevirtualassembly,basedondynamiczerodevicestructureanalysisandcomparison,designatechnicalandprocessrequirements,andusingthereducerPro/Etoitsdynamicvirtualassembly.Fromtheanalysisanddesignoftheplantobegin,geartransmissionschemeofstructure,box,axlebearingparts,accessories,lubricationandsealingallmadedetaileddesign,andthedynamicofvirtualassemblymaderelatedinstructions.Throughthewholedesignprocessmakesthespeedreducer,andinconformitywiththerelevantrequirementsofthevirtualassemblyformthedynamic.
Accordingtotheknowledge,themaintaskofthedesigntopic,thesecondisadynamicgearassembly.Accordingtotherequirementsofthesecondgearreducerisadopted,andthedesignthatthereducercanreachtherelatedtechnicalrequirements.
KEYWORDS:
Reducer，Dynamicassembly，Secondary，Bevelgear
目 录
前 言
齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式.它的要紧优点是：
1.瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运功和动力；
2.使用的功率和速度范畴广；
3.传动效率高；
4.工作可靠，使用寿命长；
5.外轮廓尺寸小，结构紧凑。
由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的作用,在现代机械中应用极为广泛。
国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。
另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，专门是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。
国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，专门在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。
但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。
在21世纪成套机械装备中,齿轮仍旧是机械传动的差不多部件。
CNC机床和工艺技术的进展,推动了机械传动结构的飞速进展。
在传动系统设计中的电子操纵、液压传动、齿轮、带链的混合传动,将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。
在传动设计中的学科交叉,将成为新型传动产品进展的重要趋势。
第1章机械传动装置的总体设计
1.1分析和拟定传动方案
原始数据：
运动带拽引力F=3600N
运动带速度v=0.85m/s
滚筒直径D=400mm
使用年限5年，双班制29200h
速度承诺误差±0.5%
1.1.1确定传动方案
依照工作要求，可拟定几种传动方案，如下图：
〔a〕
图1-1
（b）
图1-2
（a）图所示为电机直截了当与圆锥齿轮—圆柱齿轮减速器相联结，结构紧凑，然而减速器的传动比和结构尺寸较大。
（b）图所示为第一级用带传动，后接圆锥齿轮—圆柱齿轮减速器。
带传动能够缓冲，吸震，过载时起安全爱护的作用，且能够减小减速箱的尺寸。
综合考虑此题，工作环境一样有轻微震动，可选方案（b）。
1.1.2传动方案的拟定
传动方案如下：
图1-3
1.电机
2.联轴器
3.减速器
4.鼓轮
5.传动带
1.2电动机的选择
传动装置总效率，可按下式运算：
工作机输入功率：
1.3运动学与动力学参数运算
1.总传动比及其分配
表1-1
轴号
功率p（kw）
转速n（r/min）
转矩T〔N/m〕
电动机轴
3.714
960
36.95
Ⅰ轴
3.53
384
87.79
Ⅱ轴
3.39
137.14
236.07
Ⅲ轴
3.26
40.57
767.39
卷筒轴
3.093
40.57
728.08
第2章传动零件的设计运算
2.1带传动设计
确定V带型号和带轮直径：
工作情形系数KA，〔载荷轻微震动，双班制〕
运算功率
小带轮直径Dmin=75mm（A型）
大带轮直径
2.2直齿圆锥齿轮的设计
依照要求小齿轮选用40Cr,调制处理，硬度为240~280HB，取平均硬度260HB；大齿轮选用45号钢，调制处理，硬度为230HB。
齿面接轴疲劳强度运算：
验算圆周速度及KaFt/b
确定传动要紧尺寸
齿根弯曲疲劳强度运算：
2.2斜齿圆柱齿轮的设计
选择齿轮材料，小齿轮40Cr,调制，硬度260HB，大齿轮45号钢，调制，硬度240HB.
齿面接触疲劳强度运算：
2.校核运算
齿根弯曲疲劳强度验算：
第3章轴的初步设计
3.1轴材料及其附件选取
初选联轴器和轴承：
3.2〔轴Ⅰ〕轴的结构设计
3.2.1拟定轴上零件的装配方案
轴Ⅰ的装配方案如图3-1所示。
轴的材料选用45号钢，调制处理
图3-1轴Ⅰ的装配方案
从而确定轴的初步设计如图3-2所示。
图3-2轴Ⅰ的装配方案
3.2.1轴的长度的确定
那么确定轴的相关尺寸如以下图3-3所示。
图3-3轴Ⅰ的尺寸
确定轴上各力作用点及支点跨距如图3-4所示。
图3-4轴Ⅰ上各力作用点及支撑跨距
另外，由于选定的是深沟球轴承，其负荷中心在轴向宽度的中点位置。
3.3〔轴Ⅱ〕轴的结构设计
3.3.1轴的相关参数
轴的材料选用：
45号钢，调制处理
3.3.2轴的初步设计
能够得到以下图
图3-5轴Ⅱ的尺寸
确定轴上各力作用点及支点跨距如图3-6所示。
图3-6轴Ⅱ上各力作用点及支撑跨距
L1=46.5mm.L2=98.5mm,L3=63mm
轴的受力分析：
图3-7轴Ⅱ的受力分析
依照受力图画出剪力图和弯矩图。
竖直方向受力图：
剪力图：
Mv：
水平方向受力图：
剪力图：
剪力和：
M合：
图3-8
由上图可知应力最大处的位置，校核此处即可，由于扭转切应力的脉动循环变应力，取
，由于扭转切应力的脉动循环变应力，取
。
另外小齿轮的两个端面处较危险，左端按轴颈d=45mm
假设弯曲组合按最大处运算，那么有：
3.3〔轴Ⅲ〕轴的结构设计
轴Ⅲ的结构示意如图3-9所示
图3-9轴Ⅲ的结构
1.
1的尺寸有联轴器确定，我们留出30mm的余量，那么可取
1=80mm,d1由联轴器内的内径确定取d1=50mm。
2.
2的尺寸由挡油板宽度，轴承宽度和轴承端盖的宽的确定，挡油板8mm,轴承宽度为21mm,端盖24mm,在这之上加上2mm,
2=55mm,d2由轴承确定为55mm.
3.
3的尺寸由2轴的尺寸确定让它们轴承之间的尺寸相减得到，
3=85.5mm,d3应高出
2,5~8mm,我们取d3=62.
4.
4由大齿轮的宽度决定，大齿轮的宽度应小于小齿轮6mm,因此大齿轮宽度为78mm,我们取4=77,d4应高与轴承
5,2mm.因此d4=57mm
5.
5由轴承的宽度21，和挡油板12.5mm，再加齿轮的余量1mm,
5=34.5mm,d5由轴承的内径决定d5=55mm.
第4章轴承及键的寿命校核
4.1轴承的选择和校核
30209的要紧性能参数如下：
差不多额定动载荷:
差不多额定静载荷：
极限转速：
轴承面对面安装，由于前面求出支反力，那么轴承担力为：
由于
从而得e=0.4
当量动载荷P为：
（取
）
4.2键的选择
1.带轮处：
键12*8*63GB/T1095-2003
2.小锥齿轮：
键16*10*36GB/T1095-2003
3.大锥齿轮：
键14*9*45〔b*h*l〕GB/T1095-2003
4.小斜齿轮：
键14*9*45GB/T1095-2003
5.大斜齿轮：
键18*11*54GB/T1095-2003
6.联轴器处：
键14*9*72
校核键的挤压强度：
[
]=110Mpa
联结所能传递的转矩为：
T=
第5章减速器的润滑与密封
5.1减速器的润滑
减速器的润滑方式有专门多，如油脂润滑，浸油润滑，压力润滑，飞溅润滑等。
5.1.1齿轮的润滑
当齿轮圆周速度v≤10m/s时，常采纳浸油润滑，那个地点也采纳此法。
立即齿轮浸入箱内油液中，当传动回转时粘在其上的油液被带到啮合区进行润滑，同时油池的油被摔上箱壁，有助山热。
为幸免浸油润滑的搅油功率太大及保证轮齿啮合区的充分润滑，传动件浸入油中的深度不宜太深或太浅。
浸油润滑的油应保持一定的深度和贮油量。
油池太浅易激起箱底沉渣和油污，引起磨料磨损，也不宜散热。
一样齿顶圆至油池底面的距离h不应小于30～50mm.箱座内底高度H≥d/2+（30～50）mm,式中d为浸油最深的齿轮的外圆直径。
换油时刻一样为半年左右，要紧取决于油中杂质多少及油被氧化、污染的程度。
5.1.2轴承的润滑
滚动轴承通常采纳油润滑或脂润滑。
减速器中的滚动轴承常用减速器内用于润滑齿轮的油来润滑。
5.2减速器的密封
减速器需要密封的部位专门多，一样有轴伸出处、轴承室内侧、箱体结合面和轴承盖，窥视孔和放油孔德接合面等处。
密封装置的型式繁多，结构不一，那个地点采纳毡圈式密封。
毡圈式密封结构简单、价廉、安装方便，但对轴颈接触面得摩擦较严峻，因而功耗大，毡圈寿命短。
要紧用于脂润滑、工作温度t≤90度以及密封处轴颈圆周速度v＜5m/s的场合。
安装前，毡圈需用热矿物油浸渍。
第6章减速器附件的结构设计
为了检查传动件的啮合、润滑、接触斑点、齿侧间隙及向箱注油等，在箱盖顶部应设置便于观看传动件啮合区的位置并有足够大的窥视孔。
窥视孔平常用盖板盖上并有螺钉予以固定，盖板和箱盖接触面间加装防渗漏的纸质封油垫片、盖板材料可用钢板、铸铁或有机玻璃制成。
为幸免油中杂质侵入箱内，可在孔口装一滤油网。
为减小机械加工面、窥视孔口应制成凸台。
同时还在箱座底部装上放油孔，在侧面装上油标，用来测量油量。
第7章减速器的三维制作
关于减速器的三维设计，那个地点选取几个比较典型、具有代表性的零件，详细的介绍其绘制过程。
7.1螺栓的设计过程
螺栓、螺母是机械设计中专门重要的紧固零件，由于它们属于标准件，各项参数都已标准化，因此在机械设计中应用十分广泛。
依照GB/T5780—2000，螺栓M6×25，螺纹部分长22，螺头e=10.9，螺栓头厚4，圆角r=0.25，螺杆直径6。
螺栓的生成步骤如下：
1拉伸生成六角螺栓头实体。
2在六角螺栓头实体上拉伸生成螺杆。
3在螺杆上加入螺纹修饰。
4加入螺纹和倒角。
下面是螺栓M6×25的具体制作过程。
（1）创建新文件。
启动Pro/E后，单击新建对话框，在类型栏中选择零件，输入零件名字，然后单击确定。
在绘图区域显现3个基准平面。
（2）设置绘图平面。
第一从绘图区域右边的快捷图表中选取拉伸工具，单击草绘，显现草绘对话框，按提示选取FRONT平面作为草绘平面。
（3）绘制螺栓头草图。
从绘图区右边的快捷图标中选取直线工具，绘制边长为5.45的正六边形。
（4）生成实体。
完成草图绘制后，再在智能菜单中输入预拉伸的厚度。
那个地点我们选择4，然后再单击对勾按钮完成实体绘制。
（5）绘制螺杆草图。
选择螺栓头的一个端面作为草绘平面，在从绘图区域右边的快捷图标中选取圆工具按钮，以六边形的中心为圆心，绘制直截了当为6的圆形草图。
然后单击对勾完成螺杆草图绘制。
（6）生成螺杆实体。
完成草图绘制后，再在绘图区下面的智能菜单中输入螺杆预拉伸的长度25，然后单击智能菜单右边的对勾按钮完成螺杆绘制。
（7）生成螺栓头切削特点。
从绘图区域选择旋转工具，再单击草绘，选择TOP面作为草绘平面。
从绘图区域选择直线工具按钮，在边线上绘制三角形，边长分别为0.5和1.5,。
然后再绘制一条虚线通过螺杆中心的中心线。
最后单击绘图区域的对勾按钮以完成草图绘制。
完成草图绘制后，再单击智能菜单中输入旋转角度360°，然后单击智能菜单中的去除材料按钮，最后单击智能菜单中的对勾按钮完成实体绘制。
（8）加入螺纹修饰。
从插入菜单中选择修饰，在弹出的子菜单中选择螺纹，现在在智能菜单中按提示选择螺杆表面作为螺纹生成面，再选择罗公司呢头部，作为螺纹起始面。
接下来在弹出的菜单治理器中选择正向，再选择盲孔，然后单击完成按钮。
这时在绘图区下面的智能菜单提示区中显现输入框，提示输入螺纹深度，输入22，再单击右边的对勾按钮；接着显现螺纹内径输入框，输入4.8，再单击右边的对勾按钮完成螺纹修饰。
（9）倒圆角。
从绘图区域右边的快捷图标中选择拉伸工具，这时在绘图区域下面的智能菜单提示区中按提示选择螺杆与螺栓的交线，在试图中以红色显示。
然后，在绘图区下面的智能菜单提示区显现输入框，提示输入倒角半径，输入0.5，再单击右边的按钮完成倒圆角。
（10）螺杆端部倒角。
从绘图区域的快捷图标中选择拉伸工具，这时在绘图区下面的智能菜单按提示选择螺杆端部边缘部分，在视图中以红色显示。
然后，在绘图区下面的智能菜单提示区中显现D×D输入框，两次都输入0.5，再单击右边的对勾按钮完成倒角。
（11）制作螺纹。
在插入菜单中选择螺旋扫描，再从弹出的子菜单中选择切口，现在会弹出螺旋扫描的对话框和菜单治理器，依次选择常数→穿过轴→右手定那么，然后单击完成按钮。
这时在绘图区域下面的智能菜单按提示选择TOP面为草绘平面。
接下来的菜单治理器中选择正向，再选择默认，以虚线形式显示实体，以便进行草绘。
单击绘图区域的直线按钮，绘制扫描引导线。
然后再从绘图区域的快捷图标中选取虚线按钮，绘制如下图的螺旋线的绕行线，注意要与螺杆中心线重合。
最后单击绘图区域的对勾按钮。
这时在绘图区域下面的智能菜单提示区中显现输入框，提示输入螺距值，输入12.5，单击右边的对勾按钮。
接着进入草绘状态，单击绘图区域的直线按钮，在螺纹引导线根部绘制螺纹切削截面，单击右边的对勾按钮以完成草图绘制。
在弹出的菜单治理器中选择正向，单击确定按钮。
完成螺纹制作后的螺栓如图7-1所示
图7-1
7.2滚动轴承的设计过程
（1）草绘前的设置。
启动Pro/E后，单击工具栏中的新建图标，在弹出的新建对话框的类型中选择零件，在名称文本框内写入零件名字，在紫类型栏中选择实体，单击确定按钮。
从绘图区域右边的工具栏选取旋转工具，按智能菜单提示区的提示，单击草绘按钮，然后按弹出的草绘平面选取FPONT面作为草绘平面，使用系统所提示的方向为参照方向。
（2）绘制滚动轴承内外圈旋转截面草图。
单击绘图区域的虚线按钮，绘制一条通过坐标原点的竖直中心线；分别单击绘图区域的矩形、直线、圆形按钮，再单击动态修建按钮，删除预删除的线段，最后生成的草图入7-2所示。
图7-2
（3）生成滚动轴承内外圈的实体图。
在绘图区下面的智能菜单中输入旋转角度360°，单击智能菜单右边的按钮完成实体绘制。
旋转完成后的实体如图7-3所示。
图7-3
（4）绘制单个滚动体。
从绘图区域右边的快捷图标中选择基准平面，按照绘图下面的智能菜单区的提示，先选择基准轴作为参照，接着选择一个基准平面作为参照，如FRONT平面，在旋转角度输入框中输入45，单击确定按钮完成基准平面DTM1插入。
从绘图区域的快捷图标中选取旋转工具，按智能菜单区的提示，单击草绘按钮，然后按弹出的草绘平面选取对话框的提示，选取刚才建立的DTM1作为绘图平面，再选取TOP平面作为绘图参照平面。
这时选择默认系统提示的方向为参照方向。
最后在绘图区下面的智能菜单中输入旋转角度360°，单击菜单中的对勾，完成实体绘制，如图7-4所示。
图7-4
（5）阵列滚动体。
在模型树窗口中选择刚才的滚动体特点，单击绘图区域的阵列按钮。
现在实体模型将显示出复制的滚动体的相关尺寸。
同时，绘图区域下面的智能菜单提示区将显示两个方向的输入值。
两个输入框的意义分别为：
第一个输入框表示阵列之间的夹角；第二个输入框表示通过阵列将要产生的个数。
在那个地点依照课题需要，我们分别选择30°和12个，单击智能菜单中的对勾按钮，完成滚动体的阵列。
如图7-5所示。
图7-5
7.3轴承盖的设计过程
（1）启动软件，单击新建按钮，在子类型中选择零件并命名。
（2）单击旋转按钮。
打开创建旋转实体工具栏，在其中单击草绘按钮，即可打开剖面对话框。
（3）在主窗口中选择FRONT面作为草绘平面，单击剖面对话框中的草绘按钮，打开参照对话框。
（4）同意系统默认选取的尺寸参考，单击参照对话框中的关闭按钮，关闭该对话框。
（5）单击直线、圆形虚线按钮。
绘制尺寸。
单击对勾完成拉伸，生成的端盖实体如图7-6所示。
图7-6
第8章减速器的运动仿真概述
8.1约束类型的介绍
在进行减速器的运动仿真前，我们有必要先来了解一些常用的装配约束类型。
它们分别为：
匹配、对齐、插入、坐标系、相切、线上点、曲面上的点、曲面上的边。
1.匹配
使两平面或基准平面重合或平行，法线方向互相平行且指向相反方向。
2.对齐
使零件的两个平面或基准面、基准轴、点及边重合或者共线。
3.插入
使两零件指定的旋转面共旋转中心线，具有旋转面特点的零件如螺栓、轴等以插入为约束方式。
4.坐标系
使装配零件之间的坐标系对齐，X轴对X轴，Y轴对Y轴，Z轴对Z轴。
5.相切
在两个进行装配的零件中，各自指定一个曲面或一个平面、另一个为曲面，使其相切。
该约束类似于匹配约束，因为它使两个零件的面贴合，然而这两个面并不对齐。
6.线上点
在一个零件上指定一点，在另一个零件上指定一条边线，并使该点在这条边线上。
7.曲面上的点
在一个零件上指定一点，然后再另一个零件上指定一个曲面，使指定的曲面与点接触。
8.曲面上的边
在一个零件上指定一条边，在另一个零件上指定一个曲面，使指定的曲面与边相接触。
该约束通常与匹配、对齐的约束选项一起使用。
8.2减速器的装配
下面是利用以上的这些约束类型把减速器装配到一块儿。
1.齿轮和下箱座之间的装配过程。
第一选择齿轮的轴线和下箱座的轴线是对齐约束，然后再选择齿轮的端面和下箱座的内平面为匹配约束，同时在对话框中输入要廉价的数值。
如此就把齿轮装到了下箱座上。
2.轴和平键的装配过程
分别选择平键的侧平面、圆弧侧面、下平面对应轴上键槽的相应平面之间的约束关系为匹配、匹配、插入。
如此就把平键装到了键槽中。
3.轴和轴承之间的装配
选择轴承内表面和大轴表面，添加插入约束；选择轴肩侧面和轴承侧面，添加匹配约束，并将距离值设为0，单击元件放置对话框中的确定按钮，即可把轴承装到轴上。
4.轴承端盖和轴承通盖的安装
选择轴承端盖侧面和轴表面，添加插入约束；选轴承端盖端面和下箱座端面，添加匹配约束，并将距离值设为0，单击元件放置按钮，即可完成装配。
5.上箱盖和定位销的装配
选择上箱盖的下端面和下箱座的上端面，添加匹配约束；选择上下壳体的对应两组销孔，添加插入约束，单击元件放置对话框中的确定按钮，即可将上箱盖和下箱座装配到一块。
选择定位销的侧面和壳体上的销孔的内曲面，添加插入约束；选择定位销的上平面和壳体的端面，添加匹配约束，并将距离值设为0，即可把定位销装到壳体上。
6.窥视孔盖、螺钉和通气阀的装配
选择窥视孔盖的一组侧面和底面对应上壳体的侧面和上平面，添加对齐约束，即可把窥视孔盖装到上箱盖上。
选择螺钉的底平面和窥视孔盖的表面，添加匹配约束且把距离设为0；同时选择螺钉的螺纹表面和螺钉孔的螺纹表面，添加插入约束，即可把螺钉装到上壳体上。
同样的装配方式能够把螺栓、垫片、螺母和放油堵头安装到对应的位置。
8.3减速器的运动仿真
在运动仿真版块里，其约束类型有所变化，它里面分为刚性、销钉、滑动杆、圆柱、平面、球、焊接、轴承、常规、6DOF、槽等。
那个地点提一下本次设计用得到的几个约束类型。
1.刚性：
限制6个自由度，顾名思义确实是当做基准的元件来使用刚性约束，本次设计选择的是下箱座作为基准。
2.圆柱：
限制4个自由度，使用圆柱约束能够来绕圆柱轴线旋转和沿轴线平移，那个约束类型也是被设计用的最多的一种。
该运动仿真分为6个时刻段：
1.上箱盖相关于下箱座的运动；
2.观看窗相关于上箱盖的运动；
3.通气阀和观看窗上的螺钉相关于观看窗的运动；
4.端盖和通盖相关于箱体的运动；
5.端盖和通盖上螺钉相关于端盖或通盖的运动；
6.螺栓、螺母相关于箱体的运动以及放油堵头、游标相关于箱体的运动。
依照各零件相关于各自参照零件的距离，设定其速度，让在同一时刻段里一块运动的零件所用的时刻相等。
那个地点我们设定第一时刻段为5秒；第二时刻段为5秒；第三时刻段为4秒；第四时刻段为5秒；第五时刻段为5秒；第六时刻段为5秒。
总时刻为29秒。
组合到一块的零件如以下图8-1所示〔未运动前〕。
图8-1
动画仿真能够参照档案袋中光盘。
结 论
本设计从分析和拟定传动方案开始，选用了最常见的原动机：
电动机，对其运动学和动力学参数进行运算后，进入设计的要紧部分，由因此二级锥齿轮减速器，第一对第一级减速的一对直齿锥齿轮进行设计校核，然后是一对斜齿轮的选择、设计及校核。
由于这是往常接触过的课题，没有显现什么技术上的问题。
关键在于动态虚拟装配中参数的设置和运功轨迹的拟定。
基于P/roe的三维动画来仿真其装配过程那么更能表达此次设计的
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