solidworks二級減速器的運動仿真及有限元分析(本科畢業(yè)論文_)

1、<p>　　學校代碼：11517</p><p>　　學 號：201050616255</p><p>　　HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING</p><p><b>　　畢業(yè)設計</b></p><p>　　題 目 減速器的運動仿真與有限元分析 &l

2、t;/p><p>　　學生姓名 x y z </p><p>　　專業(yè)班級 機械設計制造及其自動化xx22班</p><p>　　學 號 201050616255 </p><p>　　系 （部） 機械工程系 </p>

3、;<p>　　指導教師(職稱) xx（x x） </p><p>　　完成時間 2012年 5 月 21 日 </p><p>　　河南工程學院論文版權使用授權書</p><p>　　本人完全了解河南工程學院關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，同意如下各項內容：按照學校要求提交論文的印刷本和電子版本；學校有權

4、保存論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數字化或其它手段保存論文；學校有權提供目錄檢索以及提供本論文全文或者部分的閱覽服務；學校有權按有關規(guī)定向國家有關部門或者機構送交論文的復印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學?？梢赃m當復制論文的部分或全部內容用于學術活動。</p><p><b>　　論文作者簽名：</b></p><p>　　年 月 日

5、 </p><p>　　河南工程學院畢業(yè)設計(論文)原創(chuàng)性聲明</p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的論文，是本人在指導教師指導下，進行研究工作所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外，本論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本學位論文原創(chuàng)性聲明的法律責任由本人承擔。<

6、;/p><p>　　論文作者簽名： </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　河南工程學院</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　題目 減速器的運動仿真與有限元分析

7、 </p><p>　　專業(yè) 機械設計制造及其自動化 學號 201050616255 姓名 xxx </p><p><b>　　主要內容</b></p><p>　　完成減速器的書面設計，利用三維軟件可建立齒輪減速器所有零件的三維模型；在虛擬裝配的基礎上，高度仿真減速器的運動，完成了模擬設計

8、減速器。掌握設計步驟，解決設計過程中以及裝配、干涉檢查、運動仿真過程出現(xiàn)的問題。理解減速器設計與加工工藝之間的關系，了解減速器各個零件的裝配關系。</p><p><b>　　基本要求</b></p><p>　　利用自己所學的專業(yè)知識完成減速器的設計，利用相關三維軟件完成對減速器的各個零件造型，將各個零件裝配在一起完成減速器的三維裝配，進行裝配零件之間的動、靜態(tài)干涉

9、檢查。一旦發(fā)現(xiàn)設計不合理之處及時調整與修改設計圖紙，從而可縮短產品制造與裝配生產過程的時間，降低產品的裝配成本，提高設計質量，最后對裝配好的減速器進行運動仿真。</p><p><b>　　主要參考資料</b></p><p>　　[1]黃曉榮.機械設計基礎課程設計指導書[M].中國電力出版社，2005:43-53.</p><p>　　[2]

10、陳立德.機械設計基礎（第三版）[M].高等教育出版社，2007.8：183-188.</p><p>　　[3]濮良貴，紀名剛.機械設計（第八版）[M].高等教育出版社，2006.5:189-212</p><p>　　[4]DSSolidWorks公司.SolidWorks Simulation基礎教程（2010版）[M].機械工業(yè)出版社2010.5</p><p&g

11、t;　　[5]呂瑛波，趙秋林，孫學江.SolidWorks2009機械設計行業(yè)應用實踐[M]機械工業(yè)出版社</p><p>　　[6]趙健 胡仁喜 康士延SolidWorks2007中文版機械設計[M].機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[7]SolidWorks公司.SolidWorks裝配體建模 [M].機械工業(yè)出版社 2005</p><p>　　

12、[8]江洪,陸利鋒,魏崢.SolidWorks動畫演示與運動分析[M].機械工業(yè)出版社 2007.2</p><p>　　[9]鐘日銘.AutoCAD機械制圖實例教程[M].清華大學出版社 2007.4</p><p>　　[10]王久.Solidworks在《機械基礎》教學中的應用[J]. 現(xiàn)代農村科技 2010(16)</p><p>　　[11]http://

13、www.51lunwen.com/machinery/2010/1117/lw201011171441493094-3.html </p><p>　　[12]顧忠新,黃愷,石洋.減速器箱體類零件的參數化設計 [J]遼寧工業(yè)大學學報自然科學版2011(31)</p><p>　　[13] 段成燕，王東勝，須瑩,等.基于SolidWorks的減速器三維參數化建模與運動仿真[J]黑龍江科技信息

14、2008(36)</p><p>　　[14]Thomas WT. Theory of Vibration with applications. Prentice-Hall,1981</p><p>　　[15]meirovitch L. Elements of Vibration Anaiysis .Mc Graw-Hill,1975</p><p>　　完 成

15、 期 限：</p><p>　　指導教師簽名： </p><p>　　專業(yè)負責人簽名： </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b&g

16、t;　　摘 要I</b></p><p><b>　　第一章 概述1</b></p><p>　　第一節(jié) 減速器的設計現(xiàn)狀1</p><p>　　第二節(jié) 設計任務1</p><p><b>　　一 主要內容1</b></p><p><b&g

17、t;　　二 基本要求2</b></p><p>　　三 設計任務分析2</p><p>　　第二章 減速器的一般設計過程3</p><p><b>　　第一節(jié)前言3</b></p><p>　　一 傳動方案布置3</p><p>　　二 傳動方案規(guī)劃3</p>

18、<p>　　第二節(jié) 電機的選擇及主要性能參數計算3</p><p><b>　　一 電機的選擇4</b></p><p>　　二 傳動比的確定4</p><p>　　三 傳動功率計算5</p><p>　　第三節(jié) 結構設計6</p><p><b>　　一 齒輪的

19、計算6</b></p><p><b>　　二 軸的計算10</b></p><p>　　三 軸承的選擇12</p><p>　　四 軸的校核及計算13</p><p><b>　　五 鍵的計算16</b></p><p>　　六 箱體的結構設計16&

20、lt;/p><p>　　第三章 減速器的虛擬裝配與運動仿真21</p><p>　　第一節(jié) 減速器的三維建模21</p><p>　　一 布置裝配圖21</p><p>　　二 軸類零件的三維建模22</p><p>　　三 齒輪的三維建模24</p><p>　　四 套筒、軸承及端蓋的三

21、維建模27</p><p>　　五 箱體及箱蓋的建模28</p><p>　　六 減速器附件的建模29</p><p>　　第二節(jié) 減速器的虛擬裝配30</p><p>　　一 軸與齒輪的裝配30</p><p>　　二 齒輪與齒輪的裝配31</p><p>　　三 子裝配體與箱體的

22、裝配32</p><p>　　四 箱蓋與箱蓋附件的配合34</p><p>　　五 其他附件的裝配35</p><p>　　第三節(jié) 減速器的運動仿真36</p><p><b>　　一 運動仿真36</b></p><p>　　二 仿真動畫制作36</p><p&g

23、t;　　第四章 減速器的有限元分析41</p><p>　　第一節(jié) 軸的有限元分析41</p><p>　　第二節(jié) 齒輪的有限元分析44</p><p><b>　　結束語48</b></p><p><b>　　致謝49</b></p><p><b>

24、　　參考文獻50</b></p><p>　　減速器的運動仿真與有限元分析</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　減速器作為一種重要的動力傳遞裝置，在機械化生產中起著不可替代的作用。研究開發(fā)產品設計為目標，全過程綜合應用CAD及其相關一體化集成技術已經成為必然趨勢。本文主要闡述了二級圓柱齒輪減速器的

25、一般設計過程，采用Solidworks軟件生成了二級圓柱齒輪減速器的三維模型，通過該軟件特有的仿真運動功能，檢查干涉等，實現(xiàn)了減速器的運動仿真，對關鍵零部件進行有限元分析，保證設計的性能要求。通過運動仿真和有限元分析來體現(xiàn)現(xiàn)代機械化生產過程中的優(yōu)越性、經濟性，從而減輕設計人員的勞動重復性，給予設計人員的新的設計思路和設計理念，使之在設計過程中減少工作量，提高產品的設計研發(fā)效率，縮短研發(fā)周期，節(jié)約成本。</p><p&

26、gt;　　關鍵詞 減速器/虛擬裝配/運動仿真/有限元 </p><p>　　The movement of the reducer simulation and finite element analysis</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Reducer as an important p

27、ower transmission device, the mechanization of manufacturing plays an irreplaceable role. Research and develop the products design as the goal, the comprehensive application of CAD and related process integration technol

28、ogy has become an inevitable trend. This article mainly expounds the level 2 cylindrical gears reduction gear general design process, USES the Solidworks software generated the level 2 cylindrical gear reducer 3 d model,

29、 through the special simulation sof</p><p>　　KEY WORDS reducer,Virtual assembly,Movement simulation,Finite element analysis</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　第一節(jié) 減速器的設計現(xiàn)狀

30、</p><p>　　減速器作為一種傳動裝置廣泛用于各種機械產品和裝備中，因此，提高其承載能力，延長使用壽命，減小其體積和質量等，都是很有意義的，而目前在二級傳動齒輪減速器的設計方面，許多企業(yè)和研究所都是應用手工設計計算的方法，設計過程瑣碎而且在許多方面都是通過先估計出參數然后再校核計算的過程。這對于設計者來說是枯燥無味的，進行的是重復性工作，基本沒有創(chuàng)造性；對于企業(yè)來說增加了產品的成本且不易控制產品質量。這些對

31、提高生產力，提高經濟效益都是不利的?，F(xiàn)代最優(yōu)化技術的發(fā)展為解決這些問題提供了有效途徑。</p><p>　　隨著CAD技術的發(fā)展和生產實際的需要，如何實現(xiàn)零件的快速造型、虛擬裝配以及運動仿真分析顯得越來越重要。減速器是各行各業(yè)普遍使用的傳動裝置，它包含不同種類常用件和標準件，本文通過對二級圓柱直齒輪減速器所有零件采用SolidWorks三維造型并完成虛擬裝配，運用SolidWorks的Motion模塊進行運動仿真

32、，直觀動態(tài)地觀察機構的嚙合和運動情況，檢查測試機構的運動情況是否符合設計要求；通過Simulation模塊，對減速器的關鍵零件進行有限元分析，找出危險截面的最大應力是否小于材料的許用應力，通過仿真和有限元分析大幅度簡化設計機構的設計開發(fā)過程。</p><p><b>　　第二節(jié) 設計任務</b></p><p><b>　　一 主要內容</b>&

33、lt;/p><p>　　完成減速器的書面設計，利用三維軟件可建立齒輪減速器所有零件的三維模型；在虛擬裝配的基礎上，高度仿真減速器的運動，完成了模擬設計減速器。掌握設計步驟，解決設計過程中以及裝配、干涉檢查、運動仿真過程出現(xiàn)的問題。理解減速器設計與加工工藝之間的關系，了解減速器各個零件的裝配關系。運用相關設計軟件對減速器的重要零件進行有限元分析實現(xiàn)優(yōu)化設計。</p><p><b>　

34、　二 基本要求</b></p><p>　　做好畢業(yè)設計的準備工作，包括書記和準備設計資料、繪圖工具及用品。</p><p>　　設計之前要認真研究任務書，分析題目，了解工作條件，明確設計要求和內容，制定出設計計劃。</p><p>　　設計中要認真復習所遇到的課程內容，如齒輪傳動、軸、軸承、箱體等。在老師的指導下，提倡獨立思考，獨立設計、獨立制圖，完成

35、畢業(yè)設計。</p><p>　　設計根據設計任務書上的時間安排及學院的規(guī)定，遵循作息時間，按計劃循序漸進，保質、保量、按時完成設計任務。</p><p><b>　　三 設計任務分析</b></p><p>　　從設計任務可知本設計的任務分為六個部分：</p><p>　　進行二級圓柱直齒輪減速器的一般設計；</p

36、><p>　　運用三維軟件對減速器的各個零件進行三維造型；</p><p>　　運用三維軟件對減速器進行裝配并進行干涉檢查；</p><p>　　運用軟件對裝配體進行運動仿真并出爆炸視圖；</p><p>　　對關鍵零件進行有限元分析，校核設計</p><p>　　整理相關設計文檔、圖紙等；</p><

37、p>　　第二章 減速器的一般設計過程</p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　一 傳動方案布置</b></p><p>　　機器一般是由原動機、傳動裝置和工作裝置組成。傳動裝置是用來傳遞原動機的運動和動力、變換其運動形式以滿足工作裝置的需要，是機器的重要組成部分。傳動裝置是否合理將直接影

38、響機器的工作性能、重量和成本。合理的傳動方案除滿足工作裝置的功能外，還要求結構簡單、制造方便、成本低廉、傳動效率高和使用維護方便。 ~'6=tsIv  </p><p>　　本設計中原動機為電動機，工作機為皮帶輸送機。傳動方案采用了兩級傳動，第一級傳動為二級直齒圓柱齒輪減速器，第二級傳動為鏈傳動。GgnP</p><p>　　齒輪傳動的傳動效率高，適用的功率和速度范圍廣，

39、使用壽命較長，是現(xiàn)代機器中應用最為廣泛的機構之—。本設計采用的是二級圓柱直齒輪傳動。</p><p><b>　　二 傳動方案規(guī)劃</b></p><p>　　原始條件：膠帶運輸機由電動機通過減速器減速后通過鏈條傳動（傳動比為2，傳動效率為0.88），連續(xù)單向遠傳輸送谷物類散粒物料，工作載荷較平穩(wěn)，設計壽命10年，每天工作8小時，每年300工作日，運輸帶速允許誤差為

40、</p><p><b>　　原始數據:</b></p><p><b>　　運輸機工作拉力 </b></p><p><b>　　運輸帶工作轉速 </b></p><p><b>　　卷筒直徑 </b></p><p>　　第二節(jié)

41、 電機的選擇及主要性能參數計算</p><p><b>　　一 電機的選擇</b></p><p>　?。ㄒ唬╇姍C類型的選擇</p><p>　　按已知工作要求和條件選用Y系列一般用途的全封閉自扇鼠籠型三相異步電動機，電壓380V。</p><p><b>　?。ǘ╇妱訖C的選擇</b></p

42、><p>　　滾筒工作所需功率為：</p><p><b>　?。ㄊ?-1）</b></p><p>　　確定各個部分的傳動效率為：鏈條傳動效率 ，滾動軸承效率（一對），閉式齒輪傳動效率，二級減速器傳動效率，帶入得 （式2-2）</p><p>　　所需電動機功率為：

43、 （式2-3）</p><p>　　因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率大于所需功率，查電動機技術數據選擇電動機的額定功率為5.5kW。</p><p>　　（三）確定電動機的轉速</p><p>　　滾筒軸的工作轉速為：</p><p><b>　?。ㄊ?-4）</b></p&g

44、t;<p>　　根據推薦的傳動比范圍，二級圓柱齒輪減速器為8~40，鏈傳動比為2，總傳動比，故電動機轉速可選范圍為</p><p><b>　　（式2-5）</b></p><p>　　符合這一范圍的同步轉速有1500和3000兩種，考慮到傳動裝置及電動機的價格和質量，查參考書中Y系列電動機技術數據，選電動機選用1500電動機，型號為Y132S-4。額定

45、功率5.5kW，轉速1440，額定轉矩2.2 [1]。</p><p><b>　　二 傳動比的確定</b></p><p>　　確定傳動示意圖如圖2-1所示。</p><p><b>　　總傳動比為：</b></p><p><b>　?。ㄊ?-6）</b></p>

46、;<p>　　分配傳動比：鏈傳動傳動比為1.86，則減速器的傳動比為：</p><p>　　取二級圓柱齒輪減速器高速級傳動比</p><p><b>　　低速級傳動比</b></p><p><b>　　三 傳動功率計算</b></p><p><b>　　軸1：</b

47、></p><p><b>　?。ㄊ?-8）</b></p><p><b>　　（式2-9）</b></p><p><b>　　軸2：</b></p><p><b>　　軸3：</b></p><p><b>

48、　　軸4：</b></p><p>　　將以上算得的運動和動力參數見表2-1。</p><p>　　表2-1運動和動力參數</p><p><b>　　第三節(jié) 結構設計</b></p><p><b>　　一 齒輪的計算</b></p><p><b>

49、　　（一） 材料的選擇</b></p><p>　　由[2]表10-1選用閉式直齒圓柱齒輪傳動，為使結構緊湊，小齒輪選用40Cr（調質），硬度280HBS，大齒輪選用45鋼（調質），硬度240HBS，二者材料硬度差40HBS。由參考資料選擇齒輪精度7級。取小齒輪齒數30,則大齒輪齒數2.7730≈83，取83[2]。</p><p>　?。ǘ?按齒面接觸疲勞強度設計</

50、p><p>　　由設計公式（10-9a）進行試算[2]：</p><p><b>　?。ㄊ?-10）</b></p><p>　　確定公式內各個計算數值</p><p><b>　　試取，</b></p><p><b>　　小齒輪轉矩</b></p&

51、gt;<p>　　查表，選取齒寬系數，</p><p>　　查表得材料的彈性影響系數</p><p>　　按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限 </p><p>　　計算的壽命系數（以工作壽命10年，每年工作300天，每天8小時設計）：</p><p><b>　　小齒輪應力循環(huán)系數<

52、/b></p><p><b>　?。ㄊ?-11）</b></p><p><b>　　大齒輪應力循環(huán)系數</b></p><p><b>　?。ㄊ?-12）</b></p><p>　　查得按接觸疲勞疲勞壽命系數，，取失效概率為1%，安全系數S=1，由式2-13得[2]

53、：</p><p><b>　　MPa</b></p><p>　　MPa （式2-13）</p><p>　　2）試算齒輪分度圓直徑</p><p>　　=75mm （式2-14）</p><p

54、><b>　　計算圓周速度：</b></p><p><b>　?。ㄊ?-15）</b></p><p><b>　　計算齒寬：</b></p><p><b>　?。ㄊ?-16）</b></p><p><b>　　計算齒寬與齒高比<

55、;/b></p><p><b>　　模數：</b></p><p><b>　　（式2-17）</b></p><p><b>　　齒高：</b></p><p><b>　?。ㄊ?-18）</b></p><p>　　計算

56、載荷系數：根據，查得動載系數。查得直齒輪。查得。7級精度，小齒輪相對支撐非對稱布置。由齒寬與齒高比13.3及,查得[2],所以載荷系數為。按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由公式（2-19）得：</p><p><b>　?。ㄊ?-19）</b></p><p><b>　　計算模數：</b></p><p>　?。?/p>

57、三） 按齒根彎曲強度計算</p><p>　　式中各個計算數值查書圖10-20c得小齒輪彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限；</p><p>　　由書圖10-18取彎曲疲勞壽命系數；</p><p>　　計算彎曲疲勞許用應力，取彎曲疲勞安全系數S=1.4， </p><p>　　， （式2-20）</p>

58、<p>　　計算載荷系數： （式2-21）</p><p><b>　　查表取齒形系數：,</b></p><p>　　查表取應力校正系數：</p><p>　　故，小齒輪，大齒輪，大齒輪的值大</p><p><b>　　故</b></p>

59、<p>　　對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數m的大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取彎曲疲勞強度算得的模數2.1，并圓整為標準值2.5mm，按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑mm算出[2]：</p><p><b>　　小齒輪齒數：</b></p>

60、<p><b>　　，</b></p><p><b>　　大齒輪齒數：</b></p><p><b>　　取。</b></p><p>　?。ㄋ模?幾何尺寸計算</p><p><b>　　齒寬：</b></p><p&

61、gt;　　所以取小齒輪齒寬：大齒輪齒寬：</p><p>　　齒輪3和齒輪4的確定：</p><p>　　同理，通過計算，取齒輪3的齒數為，齒輪4的齒數為，模數</p><p><b>　　計算幾何尺寸：</b></p><p><b>　　齒寬：</b></p><p>　

62、　所以取小齒輪齒寬：，</p><p><b>　　大齒輪齒寬：</b></p><p>　　經過總結得出所以齒輪的基本參數如表2-2所示。</p><p>　　表2-2齒輪基本參數</p><p><b>　　二 軸的計算</b></p><p>　　輸出軸即軸3的設計計算

63、</p><p>　　(1)初步確定軸的最小直徑：</p><p>　　已知kw ,r/min, N?m。選用材料為45鋼，經調質處理，根據查參考資料表15-3，取,查參考資料 表15-1得對稱循環(huán)彎曲許用應力,按扭轉強度計算，初步計算軸徑[2]</p><p><b>　?。ㄊ?-22）</b></p><p>　　考

64、慮鍵槽的影響，增大3% ，則</p><p>　　軸最小直徑輸出直徑為安裝聯(lián)軸器處，聯(lián)軸器的孔徑有標準系列，故軸最小直徑處須與聯(lián)軸器的孔徑想適應，所以，取軸的最小直徑為</p><p>　　(2)確定軸各段的直徑和長度</p><p><b>　?、伲?lt;/b></p><p>　?。焊鶕?lián)軸器的長度，取</p>

65、;<p>　?、冢喊肼?lián)軸器需要定位，故需設計一定位軸肩，軸肩高度，所以取則</p><p>　　：根據外伸長度確定為60mm</p><p>　?、郏哼@段與軸承配合，初選軸承內徑為，初定為6209 </p><p>　?。焊鶕S承寬度b=19mm，所以L3=20mm</p><p>　?、埽河休S承的安裝尺寸確定，取</p&

66、gt;<p>　?。焊鶕b配草圖大齒輪和軸承在箱體內位置取</p><p>　?、荩喊惭b軸承，采用套筒給齒輪定位，</p><p>　?。焊鶕b配草圖，確定</p><p>　?、蓿哼@段安裝齒輪，取</p><p><b>　?。焊鶕X輪寬度，取</b></p><p>　　⑦：這段

67、為軸環(huán)的直徑，用來定位齒輪，故需要設計定位軸肩，</p><p>　　：軸環(huán)長度，按確定，所以這里取</p><p>　　綜合上述得出輸出軸的尺寸如圖2-2所示：</p><p><b>　　三 軸承的選擇</b></p><p>　　對輸出軸進行受力分析，軸承上受到的力為，如圖2-3所示。</p><

68、;p><b>　?。ㄊ?-23）</b></p><p><b>　?。ㄊ?-24）</b></p><p><b>　　求支反力</b></p><p><b>　　垂直方向：</b></p><p><b>　　水平方向：</b&

69、gt;</p><p>　　所以軸承上受到的力為： ,</p><p>　　軸承只受到徑向力，沒有軸向力，計算當量動載荷P， </p><p><b>　　取，則n</b></p><p>　　根據公式有的基本額定動載荷值[2]</p><p><b>　?。ㄊ?-25）</b&g

70、t;</p><p>　　查機械設計手冊，選擇C=52800n的6309軸承。</p><p>　　同理，對另外兩對軸承進行計算選擇，得出軸承的參數見表2-3。</p><p><b>　　表2-3軸承參數</b></p><p><b>　　四 軸的校核及計算</b></p><

71、;p>　　根據齒輪的參數如表2-4所示，得出嚙合齒輪的中心距如下。</p><p><b>　　表2-4齒輪參數</b></p><p><b>　　中心距：</b></p><p>　　根據齒輪與軸的配合關系，修改輸出軸3各段尺寸如圖2-4所示。</p><p>　　同理計算，可等輸入軸，與

72、中間軸的各段尺寸。</p><p>　　輸入軸尺寸圖見圖2-5。</p><p>　　中間軸尺寸見圖2-6。</p><p>　　對高速小軸軸進行校核計算：</p><p>　　直齒圓柱齒輪傳動，將受到的法向載荷分解為圓周力和徑向力，受力如圖2-7所示，得</p><p><b>　　垂直方向：</b&

73、gt;</p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　垂直方向最大彎矩</b></p><p>　　彎矩圖如圖2-7所示 </p><p><b>　　水平方向：</b></p>

74、;<p><b>　　得</b></p><p><b>　　水平方向最大彎矩</b></p><p><b>　　（式2-26）</b></p><p><b>　　合成彎矩：</b></p><p><b>　?。ㄊ?-27）&

75、lt;/b></p><p><b>　　如圖2-7所示</b></p><p><b>　　扭矩：</b></p><p><b>　　按照第三強度理論：</b></p><p><b>　　（式2-28）</b></p><p

76、>　　所以滿足使用要求[3]。</p><p><b>　　五 鍵的計算</b></p><p>　　輸出軸3安裝齒輪的鍵，材料為45鋼，靜載荷時[]，根據安裝齒輪段軸的直徑為46，選擇普通平鍵14×9，根據軸端長度選擇鍵長為70，載荷載鍵上工作面上均勻分布，普通平鍵連接強度條件：</p><p>　　得：<[]

77、 （式2-29）</p><p>　　所以滿足強度要求。[3]</p><p>　　同理計算出，中間軸2上鍵的型號為普通平鍵12×8，鍵長為70。</p><p><b>　　六 箱體的結構設計</b></p><p>　　減速器箱體的結構設計</p>&l

78、t;p>　　減速器箱體由箱蓋和箱座組成，用以支持和固定軸系零件，其重量約占減速器重量的一半。因此，箱體結構對減速器工作性能、加工工藝、材料消耗及制造成本等有很大的影響。按毛胚制造工藝和材料的種類不同，減速器箱體分為鑄造箱體和焊接箱體。鑄造箱體材料多用鑄鐵（HT150、HT200），鑄造箱體易于獲得合理和復雜的結構形狀，剛性好，易加工，承壓強度高和減震性好，但制造周期長，體重大，適合于批量生產。對于單件小批量生產的大型減速器，可以用

79、焊接箱體。</p><p>　　箱體采用剖分式結構，剖分面通過軸心。下面對箱體進行具體設計見表2-5。</p><p>　　表2-5箱體結構尺寸</p><p>　　根據表2-5的數據得出的減速器箱蓋如圖2-8所示，減速器箱體如圖2-9所示。</p><p><b>　　圖2-8減速器箱蓋</b></p>

80、<p><b>　　圖2-9減速器箱體</b></p><p>　　減速器附件的結構設計</p><p><b>　　1 檢查孔和視孔蓋</b></p><p>　　檢查孔用于檢查傳動件的嚙合情況、潤滑情況、接觸斑點及齒側間隙，還可用來注入潤滑油，檢查要開在便于觀察傳動件嚙合區(qū)的位置，其尺寸大小應便于檢查操作。視

81、孔蓋用鑄鐵制成，它和箱體之間加密封墊，如圖2-10所示。</p><p><b>　　圖2-10視孔蓋</b></p><p><b>　　2 放油螺塞</b></p><p>　　放油孔設在箱座底面最低處，其附近留有足夠的空間，以便于放容器，箱體底面向放油孔方向傾斜一點，并在其附近形成凹坑，以便于油污的匯集和排放。放油螺

82、塞為六角頭細牙螺紋，在六角頭與放油孔的接觸面處加封油圈密封，如圖2-11所示。</p><p><b>　　圖2-11放油螺塞</b></p><p><b>　　3 油標</b></p><p>　　如圖2-12所示的油標用來指示油面高度，將它設置在便于檢查及油面較穩(wěn)定之處。</p><p>&l

83、t;b>　　圖2-12油標</b></p><p><b>　　4通氣器</b></p><p>　　如圖2-13，通氣帽用于通氣，使箱內外氣壓一致，以避免由于運轉時箱內溫度升高，內壓增大，而引起減速器潤滑油的滲漏。將通氣器設置在檢查孔上，其里面還有過濾網可減少灰塵進入。</p><p><b>　　圖2-13通氣帽

84、</b></p><p><b>　　5 起蓋螺釘</b></p><p>　　為便于起蓋，在箱蓋凸緣上裝設2個起蓋螺釘，外形如圖2-14所示，拆卸箱蓋時，可先擰動此螺釘頂起箱蓋。</p><p><b>　　圖2-14起蓋螺釘</b></p><p><b>　　6 定位銷&

85、lt;/b></p><p>　　在箱體連接凸緣上相距較遠處安置兩個圓錐銷，外觀如圖2-15所示，保證箱體軸承孔的加工精度與裝配精度。</p><p><b>　　圖2-15定位銷</b></p><p><b>　　7 軸承端蓋</b></p><p>　　軸結構設計時，已經對滾動軸承的周向

86、和軸向固定作了合理的設計，但組裝好的軸系裝在減速器中，也應該具有確定的軸向位置，通常是用軸承端蓋來確定軸系的軸向位置，即是用軸承端蓋來固定軸承，調整軸承間隙并承受軸向力。</p><p>　　軸承端蓋有嵌入式和螺釘連接式兩種，每一種又根據是否穿過軸，可分為端蓋和悶蓋，軸承端蓋材料一般為HT150，如圖2-16所示為輸出軸軸承端蓋的剖視圖。</p><p>　　圖2-16軸承端蓋（剖視）&l

87、t;/p><p>　　第三章 減速器的虛擬裝配與運動仿真</p><p>　　通過Solid Works軟件的三維建模、虛擬裝配和運動仿真等技術，在PC機上實現(xiàn)了二級圓柱齒輪減速器的實體建模、零件虛擬裝配和工作原理的動態(tài)仿真，保證了減速器設計的正確性和可靠性，提高了整體設計效率和精度，對實際設計及裝配具有重大意義。</p><p>　　虛擬設計與虛擬裝配，作為一種前沿的

88、科學技術，已經廣泛使用在現(xiàn)代工業(yè)設計、制造等關鍵領域。虛擬設計與虛擬裝配，大多是基于三維軟件的基礎上實現(xiàn)的，本文選用通用三維軟件Solid Works對二級齒輪減速器進行零部件的設計、裝配、齒輪減速器的干涉檢查、運動仿真等，真實再現(xiàn)了齒輪減速器的結構，模擬了齒輪減速器的工作情況。該技術的運用，在很大程度上縮短了產品的研發(fā)周期，同時能對產品進行制造前的檢查，節(jié)省大量的人力、物力，增強了產品競爭能力。</p><p>

89、;　　第一節(jié) 減速器的三維建模</p><p><b>　　一 布置裝配圖</b></p><p><b>　　必要的資料及數據</b></p><p>　　傳動裝置運動簡圖一般由設計任務書給出，根據傳動裝置運動簡圖，選取合適的視圖平面，并在圖上適當安排個視圖位置。</p><p>　　箱體內傳動零

90、件的主要尺寸（如想嚙合齒輪的中心距、齒頂圓直徑、齒根圓直徑、節(jié)圓直徑、齒寬等），傳動零件的位置尺寸包括傳動零件的位置尺寸和它們距箱體內壁之間的尺寸。</p><p><b>　　裝配圖的繪制</b></p><p>　　在減速器軸系零件設計計算完成之后，州的結構形狀以及各段長度和直徑即已知，同時也初步的選擇了所需要的聯(lián)軸器和軸承型號。在裝配體底圖上就可以把整個軸的結構

91、尺寸繪制出來。通過繪制軸的尺寸，還可以核查與傳動零件的設計尺寸有無干涉，做到及時發(fā)現(xiàn)問題，及時修改設計。</p><p>　　箱體零件及其附件的繪制均是經驗性設計，本階段的繪圖約占用裝配體底圖繪制工作量的一半。一般繪圖的次序是先箱體，后附件；先主體，后局部；先輪廓，后細節(jié)。畫圖應該在三個視圖上協(xié)調進行，以能清楚表達箱體結構的視圖為主，兼顧其他視圖。</p><p>　　在畫裝配圖前，對底圖

92、進行認真檢查，經過檢查無誤后，方可繪制裝配圖，標出必要的尺寸、編寫技術要求、零件序號、明細表和標題欄。</p><p>　　完成后的裝配圖如圖3-1所示。</p><p><b>　　圖3-1裝配圖</b></p><p>　　二 軸類零件的三維建模</p><p><b>　?。ㄒ唬?高速小軸</b&g

93、t;</p><p>　　以高速小軸為例，對軸類零件建模。</p><p>　　由于該軸為齒輪軸，建模方式有兩種。一種是通過畫草圖逐段拉伸，一種是通過草圖旋轉。然后在有齒輪的軸段上畫出單個齒廓草圖，通過拉伸凸臺，然后圓周陣列，得出齒輪軸如圖3-2所示（漸開線齒輪畫法見——三 齒輪的建模）。</p><p><b>　　圖3-2齒輪軸</b>&l

94、t;/p><p><b>　?。ǘ?中間軸</b></p><p>　　中間軸的畫法同高速小軸，外形如圖3-3所示。</p><p><b>　　圖3-3中間軸</b></p><p><b>　　輸出軸</b></p><p>　　輸出軸是根光軸，軸上只

95、有兩個鍵槽，因此可以先畫出它的草圖（尺寸見圖2-4），通過繞中心線旋轉得到實體的光軸，然后在有鍵槽處的軸段上添加輔助基準面，基準面與前視基準面平行，與該軸段圓柱面平行，然后在該基準面上繪制鍵槽草圖，選擇拉伸切除，指定切除深度，完成鍵槽的創(chuàng)建。同理，可以創(chuàng)建另一鍵槽，結果如圖3-4所示。</p><p><b>　　圖3-4輸出軸</b></p><p><b&g

96、t;　　三 齒輪的三維建模</b></p><p>　　曲面生成漸開線有很多中方法，如“曲面掃描” 、 “曲面放樣”等，這里運用的是“曲面放樣”生成漸開線，因為對于初學者這種方法比較容易理解。以大齒輪的建模為例，漸開線的繪制步驟如下:</p><p>　　1、首先新建一個零件，使用前視基準進入草圖繪制，在草圖中心分別繪制直徑為 330mm和任意尺寸的圓，</p>

97、<p>　　將直徑 330mm的圓設定為構造線，對這兩個圓標注尺寸，并且為實線圓的直徑添加方程式，如圖3-5所示。</p><p><b>　　圖3-5草圖1</b></p><p>　　2、使用用草圖 1 的基準面繪制一張新的草圖，并繪制如圖所示的圖形。中心線繪制水平直徑，實線繪制豎直線并為其標注尺寸，尺寸的大小任意。接下來，按照漸開線的定義（向徑等于其繞

98、過的圓弧長度）為豎線添加方程式“"D1@草圖 2" = "D2@草圖 1" * pi/2”。如圖3-6所示。</p><p><b>　　圖3-6草圖2</b></p><p>　　3、使用草圖 1 和草圖 2 的基準面再繪制一張新的草圖，在這個草圖中繪制一個半徑與草圖 1 中的圓一樣大的半圓，并且圓心重合，圓弧的兩點分別與圓的

99、兩個點重合，如圖2-7和3-8兩個草圖所示。</p><p>　　圖3-7 草圖3 圖3-8草圖4</p><p>　　4、保存并退出上面的草圖，然后還是使用上面的基準面繪制一個新的草圖（草圖4），這次的草圖是繪制一個點，該點與上圖中紅圈處的點重合。確定后退出草圖，如圖3-8。 </p><p>　　5、這樣，就得到了 4 張草圖。通過這4 張草

100、圖就可以放樣出“漸開線”了。使用“工具”—— “曲面放樣”得到放樣面如圖3-9所示。</p><p><b>　　圖3-9放樣曲面</b></p><p>　　6、將放樣曲面轉換實體得到需要的漸開線如圖3-10所示。</p><p><b>　　圖3-10轉換實體</b></p><p>　　7、轉

101、換實體——繪制齒頂圓和齒根圓，得出齒廓草圖如圖3-11所示。</p><p><b>　　圖3-11草圖5</b></p><p>　　8、繪制齒廓，將草圖5通過修剪得出的齒廓草圖通過拉伸命令得出單個齒的建模，如圖3-12所示。</p><p><b>　　圖3-12齒廓</b></p><p>　

102、　9、單個齒輪完成——圓周陣列完成齒輪建模（隱藏放樣面），最終得出大齒輪的三維模型，如圖3-13所示。</p><p><b>　　圖3-13大齒輪</b></p><p>　　四 套筒、軸承及端蓋的三維建模</p><p><b>　　輸出軸透蓋的建模</b></p><p>　　輸出軸透蓋的草圖

103、尺寸見圖3-14。將草圖繞中心線旋轉凸臺，生成輸出軸透蓋實體如圖3-15所示。</p><p>　　圖3-14輸出軸透蓋草圖</p><p>　　圖3-15輸出軸透蓋（剖視圖）</p><p><b>　　輸出軸套筒的建模</b></p><p>　　輸出軸套筒尺寸如圖3-16所示將草圖繞中心線旋轉凸臺，生成輸出軸套筒實

104、體如圖3-17所示。</p><p>　　圖3-16輸出軸套筒草圖</p><p>　　圖3-17輸出軸套筒實體</p><p>　　中間軸軸承、鍵、銷、螺栓等標準件可以從SolidWorks 零件庫toolbox里調取，不需要自己重新建模。</p><p>　　五 箱體及箱蓋的建模</p><p>　　箱體零件比較復

105、雜，箱體結構對減速器工作性能、加工工藝、材料消耗及制造成本等有很大的影響。按照毛坯制造工藝和材料種類的不同，減速器箱體分為鑄造箱體和焊接箱體,鑄造箱體通過繁瑣的拉伸切除、倒圓角等命令實現(xiàn)。對于箱體零件的建模根據表2-5的結構尺寸，首先是由創(chuàng)建的長方體實體通過拉伸切除，創(chuàng)建出齒輪槽，同樣的創(chuàng)建出凸緣的建模，通過拉伸切除確定安放軸的三個軸承槽，添加將強筋，創(chuàng)建出肋板。通過拉伸實體創(chuàng)建吊鉤，通過拉伸切除和放樣創(chuàng)建底座、箱體上的螺孔、地腳螺栓孔

106、、放油孔、銷孔等。按照規(guī)定的圓角尺寸倒圓角，基本完成箱體的創(chuàng)建，如圖3-18為減速器箱體的三維建模，圖3-19為減速器的箱蓋建模[12]。</p><p>　　圖3-18減速器箱體</p><p><b>　　圖3-19箱蓋</b></p><p>　　六 減速器附件的建模</p><p><b>　　油標&l

107、t;/b></p><p>　　根據桿式油標安裝結構及尺寸表，選用型號為M16（16）型桿式油標如圖3-20、3-21所示。[1]</p><p>　　圖3-20油標草圖 圖3-21桿式油標</p><p><b>　　螺塞</b></p><p>　　參照外六方螺塞和封油墊結構尺寸，選取

108、M20 ，外形如圖3-21所示[1]。 </p><p>　　圖3-21外六方放油孔螺塞</p><p><b>　　起蓋螺釘</b></p><p>　　為便于拆裝機箱，在減速器凸緣上安裝有1~2個起蓋螺釘，螺釘為M8 30。具體建模從toolbox里調入,如圖3-22所示。</p><p>　　圖3-22 M8

109、30起蓋螺釘</p><p><b>　　通氣塞</b></p><p>　　通氣塞根據通氣孔與視孔板連接結構及尺寸，選取M16 1.5，如圖3-23[1] 。</p><p>　　圖3-23 M16 1.5通氣帽</p><p><b>　　標準件</b></p><p>

110、　　對于圓柱銷、軸承、螺栓、鍵、墊片、彈簧墊圈等標準件均可以從Toolbox里調取，不需要自己繪制。</p><p>　　第二節(jié) 減速器的虛擬裝配</p><p><b>　　一 軸與齒輪的裝配</b></p><p>　　新建裝配體，插入零部件普通平鍵、輸出軸和大齒輪，選擇視圖里的臨時軸。添加配合關系，選擇鍵的端面和輸出軸的鍵槽共面配合；選擇

111、選擇鍵槽的半圓面與鍵的半圓面相切配合；選擇鍵槽的另一半圓面與鍵的另一半圓面相切配合；選擇鍵的上表面與齒輪的鍵槽面平行配合；選擇鍵的側面與齒輪的側面平行配合；選擇輸出軸的軸肩的一個面（靠近鍵槽出的那一面）與大齒輪的軸孔的一端面共面配合；選擇軸的臨時軸線與齒輪的臨時軸線共線配合。上面的幾個配合關系確定了軸和齒輪的配合關系，將上面的裝配體設定為子裝配體1，同樣的方式可以完成中間軸與中間齒輪的配合。配合完成后，完成套筒與子裝配體1的配合，然后完

112、成與軸承的配合。</p><p>　　二 齒輪與齒輪的裝配</p><p>　　齒輪與齒輪的配合，首先選擇插入一個零部件齒輪，將其設置為浮動，將該齒輪的中間軸的臨時軸線與裝配體的上視和前視基準面配合，配合方式為共面，兩個右視基準面重合配合；這三個配合關系確定了中間軸在齒輪裝配體重的確定的位置關系，即不能移動，只能繞軸線轉動。插入大齒輪，選擇大齒輪的臨時軸軸線與裝配體的上視基準面共面配合配合

113、。添加兩個軸線的配合關系為相距140mm。如圖3-24所示。</p><p>　　圖3-24確定中心距</p><p>　　做輔助面分別是兩個齒輪的中心面，分別在其中一個齒輪的中心面上作一條從齒條的齒頂中點到圓心的線段，在另一個齒輪選擇齒輪的凹槽處的中點到圓心的線段。兩個輔助平面配合關系為重合，兩線段配合關系也為重合如圖3-25所示。</p><p>　　圖3-25

114、共面輔助線重合</p><p>　　配合后壓縮該配合關系，然后使用機械配合中的齒輪配合選擇兩個齒輪的軸面，先小齒輪，后中間齒輪，選擇比例為齒數比，即。30:83，如圖3-26所示，完成齒輪與齒輪的配合[7]。</p><p>　　圖3-26 齒輪嚙合</p><p>　　三 子裝配體與箱體的裝配</p><p>　　將兩處軸承槽處臨時軸線與軸

115、承的軸線共線配合；選擇軸承端蓋與軸承面重合配合；選擇軸承端蓋的一個面與墊片的一個面選擇共面配合；選擇墊片的另一個面與箱體外壁重合配合，完成高速小軸與中間齒輪以及中間齒輪與中間軸的子裝配體與箱體的配合以及端蓋與箱體的配合，如圖3-27所示。 </p><p>　　圖3-27齒輪子裝配體與箱體的配合</p><p>　　將輸出軸和大齒輪的子裝配體與箱體配合，配合方式選擇兩條臨時軸線重合，輸出軸

116、軸承與箱體軸承槽相切。添加新的配合關系，將大齒輪和與之嚙合的齒輪配合，具體配合參照本節(jié)的第二條齒輪與齒輪的裝配。完成子裝配體與箱體的配合如圖3-28所示。</p><p>　　圖3-28 箱體零件裝配結構圖</p><p>　　四 箱蓋與箱蓋附件的配合</p><p>　　視孔蓋與箱蓋的配合，選擇視孔蓋的面與箱蓋上面選擇共面配合，箱蓋上面的螺孔軸線與視孔蓋上的螺孔的

117、軸線選擇共線配合如圖3-29所示。</p><p>　　圖3-29視孔蓋與箱蓋配合</p><p>　　通氣帽、螺釘與視孔蓋的配合，選擇通氣帽的中心軸線與視孔蓋的中心孔軸線選擇共線配合，通氣帽的接觸面與視孔蓋選擇共面配合；螺釘與視孔蓋配合時，選擇螺釘的中心軸線與視孔蓋的螺孔中心軸線選擇共線配合，螺帽下面與通氣孔上面選擇共面配合。其余三個選擇局部線性陣列零部件，完成螺釘的裝配如圖3-30所示

118、。</p><p>　　圖3-30通氣帽、螺釘與箱蓋的配合</p><p><b>　　五 其他附件的裝配</b></p><p>　　螺栓、油標、螺塞、銷等零件的配合結果見圖3-29,圖3-30。</p><p>　　圖3-29裝配體正視圖</p><p>　　圖3-30裝配體俯視圖</p

119、><p>　　第三節(jié) 減速器的運動仿真</p><p><b>　　一 運動仿真</b></p><p>　　打開SolidWorks裝配體，新建運動算例，創(chuàng)建旋轉馬達，基準軸選擇高速小軸上的基準軸，馬達位置選擇高速小軸鍵槽處的圓柱面，其余默認設置。點擊播放按鈕，既可以實現(xiàn)減速器的運動仿真，結束仿真，點擊“評估”——“干涉檢查”檢查齒輪嚙合處、銷、

120、軸、平鍵、螺栓等零件與箱體有無干涉現(xiàn)象，對出現(xiàn)干干涉的零件做出調整，經過最終的調整，使零件之間無干涉現(xiàn)象出現(xiàn)。</p><p><b>　　二 仿真動畫制作</b></p><p>　　減速器的運動仿真動畫包涵3個內容，首先是減速器的爆炸動畫，即動畫拆分減速器，這個階段應該首先做好動畫的輔助工作，即生成減速器的爆炸視圖。打開裝配體，在Solidworks裝配體工具欄中

121、點擊爆炸視圖，彈出爆炸視圖對話框，選擇需要爆炸的一個零件，選擇爆炸的方向，然后指出爆炸的距離，即可完成該零件沿著指定方向的爆炸視圖。</p><p>　　以油標的爆炸為例：打開裝配體，在Solidworks裝配體工具欄中點擊爆炸視圖，彈出爆炸視圖對話框，選擇需要爆炸的油標，爆炸的方向選為沿著油標軸線的方向，然后指出爆炸的距離為150mm，點擊確定即可完成了油標的爆炸。圖3-31為爆炸前得油標與箱體配合視圖，圖3-

122、32為油標爆炸后的視圖[13]。</p><p>　　圖3-31 油標配合圖</p><p>　　3-32 油標爆炸視圖</p><p>　　同理可以依次爆炸出其余的零件，得出最終的爆炸視圖，如圖3-33側視圖,3-34主視圖。</p><p>　　圖3-33 減速器爆炸視圖（側視圖）</p><p>　　3-34 減

123、速器爆炸視圖（主視圖）</p><p>　　打開軟件左側的設計樹，在減速器裝配體配置中找到爆炸視圖1，右鍵解除爆炸，得到減速器的裝配體模型。</p><p>　　新建運動算例，在視向及相機視圖對應的右側參照時間軸放置鍵碼，點擊鍵碼，選取合適的視圖方向，完成該鍵碼的視圖定向。</p><p>　　第一階段為開始的0-4s，自己定義視圖運動方向展示減速器的外形，同時確保

124、視圖有一定的停留時間。</p><p>　　第二階段為4-34s這一時間段，在4s這個時間點上點擊動畫工具欄中的動畫向導，選擇動畫類型為爆炸，爆炸時間設置為30s，系統(tǒng)根據上面的爆炸步驟，依次分布時間段。根據每個零件剛開始爆炸的時間點，自己選擇視向及相機視圖，盡量達到優(yōu)化視角，從而能更清楚的觀察到每個零件的爆炸方式。</p><p>　　第三階段34s-44s這個時間段，點擊動畫向導，選擇

125、旋轉模型，設置時間為10s，起始時間為34s這個時間點。這個階段選擇選擇模型，目的是為了更好的展示爆炸視圖中的每個零件。視圖選擇一圈，分別在特定的視圖位置選擇停留時間為1s，便于觀察。</p><p>　　第四階段為44s-1分02s，這個階段選擇動畫向導里的解除爆炸，目的是為了更清楚的了解減速器的裝配過程。</p><p>　　第五階段1分02s到1分20s，這個時間段里選擇添加動畫工具

126、欄中的馬達，設置相應的轉動的軸及轉速。1分14s后選擇箱蓋上的通氣帽、焊件和視孔蓋，設置為隱藏，目的是在俯視圖中能看到內部齒輪的嚙合運動。1分16s后選擇視圖為主視圖，并更改箱蓋的透明度，目的是在主視圖中能看到內部齒輪的運動嚙合狀態(tài)。</p><p>　　完成上訴時間及視圖設置后，點擊播放按鈕，觀看減速器的運動仿真動畫，記錄下不合適的視角的時間點和需要的視圖方向，停止動畫的播放，對不合適的視角作出調整。經過多次的