RV减速器设计.doc

1、CAD/CAE/CAM理论与应用一、初步设计11.设计任务书12.原始数据13.传动系统方案的拟定1二、电动机的选择21.电动机容量的选择22.电动机转速的选择23.电动机型号的选择2三、计算传动装置的运动和动力参数31.传动比的分配32.各轴转速计算33.各轴功率计算34.各轴转矩计算35.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41.一级直齿轮传动的设计计算42.摆线齿轮传动的设计计算73.摆线齿轮三维建模8五、轴的设计131.曲柄轴的设计132.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151、齿轮的润滑方式及润滑剂的选择152、密封方式的选择15七

2、、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2829一、 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：380mm200mm；（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/kW4.3输出轴转速n/( r/min )5减速比i813. 传动系统方案的拟定图1-1 RV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）

3、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380V1. 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 （

4、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2-1 Y160M2-8型电动机的主要性能型号额定功率/kw满载转速/(rmin-1)同步转速(rmin-1)电动机中心高 H/mm外伸轴直径和长度 D/mmE/mmY160M2-85.572075016042110三、 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

5、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40516255功率P/kw4.8594.7134.5274.3

6、转矩114.5277.88646.58213传动比2.532.41四、 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，255321HBS，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

7、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255321HBS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

8、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255321HBS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

9、） （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5862HRC。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： 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

10、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。 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1.251.4。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

11、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 （4-2

12、7） （4-28）在CATIA安装文件夹B20win_b64codecommand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4-1 GSD_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，

13、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