機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計--基于solidworks的一級直齒輪減速器設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計論文</b></p><p>　　論文題目 基于solidworks的一級直齒輪減速器設(shè)計 </p><p><b>　　一 前言</b></p><p>　　本次機(jī)械設(shè)計方向課程設(shè)計是利用solidworks進(jìn)行一級直齒輪減速器的設(shè)計仿真。Solidworks是一款三維CAD

2、軟件。Solidworks 功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是其三大特點(diǎn)，使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。減速器在原動機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛。減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，兩者的設(shè)計、制造和使用特點(diǎn)各不相同。本次課程設(shè)計的目的在于培養(yǎng)機(jī)械制造學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計思想，鞏固、加深和擴(kuò)展有關(guān)機(jī)械設(shè)計方面的知識；訓(xùn)練機(jī)械設(shè)計的基本技能，例如計

3、算、熟悉和運(yùn)用設(shè)計資料以及使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力；熟悉應(yīng)用solidworks，以便更好的理解機(jī)械設(shè)計，學(xué)會獨(dú)立的進(jìn)行一些簡單的機(jī)械設(shè)計。 </p><p><b>　　二 參數(shù)設(shè)計及計算</b></p><p><b>　　選擇電機(jī)以及傳動比</b></p><p>　　本次課程設(shè)計選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min，額定功率

4、為7.5KW的電動機(jī)，電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速為960r/min,減速器與電動機(jī)之間用帶傳動連接。查機(jī)械設(shè)計知帶傳動的效率為0.96，齒輪傳動效率為0.97，滾動軸承的傳動效率為0.98。</p><p>　　總傳動比i=960/86.5=11.1。</p><p>　　設(shè)帶傳動的傳動比為：3。</p><p>　　則齒輪的傳動比為：11.1/3=3.7。</p>

5、<p>　　計算各軸轉(zhuǎn)速：n電機(jī)=960r/min</p><p>　　主動軸轉(zhuǎn)速nI= n電機(jī)/i帶=960/3=320r/min</p><p>　　從動軸轉(zhuǎn)速nII=nI/i齒輪=320/3.7=86.48r/min</p><p>　　計算各軸的功率：PⅠ=P×η帶= 7.5×0.96=7.2KW</p>&l

6、t;p>　　PⅡ= PⅠ×η軸承η齒輪=7.2×0.98×0.97=6.84KW</p><p>　　計算各軸扭矩：TⅠ=9550×PⅠ / nI=9550×7.2/320=214.9N·m </p><p>　　TⅡ= 9550×PⅡ/nII=9550×6.84/86.48=755.3N.

7、m</p><p><b>　　齒輪傳動的設(shè)計計算</b></p><p>　　機(jī)器為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度（GB 10095-88）。</p><p>　　材料選擇。由機(jī)械設(shè)計表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)制），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS。</p><p>

8、　　選小齒輪齒數(shù) z1=15，大齒輪齒數(shù)z2=15×3.7=55。</p><p>　　1）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計</p><p>　　由設(shè)計計算公式d1≥2.32(KT1(u+1)ZE2/φdu[σH]2)1/3</p><p>　　確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值</p><p>　　試選載荷系數(shù)Kt=1.3</p><

9、;p>　　計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：T1=95.5×105×P/nI=95.5×105×7.5/320=22382N·mm</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計表10-7選取齒款系數(shù)φd=1</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa1/2</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計圖 10

10、-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim 1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim 2=550MPa；</p><p>　　由課本式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL</p><p>　　N1=60nIjLh=60×320×1×36000=6.91×108</p><p>　　N2=NL1/i齒=6.9

11、1×108/3.7=1.86×108</p><p>　　查表取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.92 KHN2=0.97。</p><p>　　2）計算解除疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1.0</p><p>　　則：[σH]1= KHN1σHlim1/S=0.92×600/1.0

12、Mpa=552Mpa</p><p>　　[σH]2= KHN2σHlim2/S=0.97×550/1.0Mpa=533.5Mpa</p><p>　　試算小齒輪分度圓直徑dd1，代入[σH]較小的值</p><p>　　dd1≥2.32(KtT1(u+1)ZE2/φdu[σH]2)1/3=2.32×[1.3×3.2828×1

13、04×(6+1)×189.82/(6×533.52)] 1/3=31.25mm</p><p><b>　　3）計算圓周速度v</b></p><p>　　v=πdd1 nI/（60×1000）=3.14×31.25×320/（60×1000）

14、 =0.53m/s</p><p>　　因?yàn)椋郑迹秏/s，故?。讣壘群线m。</p><p><b>　　4）計算齒寬b。</b></p><p>　　b=φdd1t=1×31.25mm=31.25mm </p><p>　　計算齒寬與齒高之比b/h。</p>&

15、lt;p>　　模數(shù)：m t =d1t/Z1=31.25/15=2.08mm</p><p>　　齒高：h=2.25m t =2.25×2.05=4.61mm</p><p>　　b/h=31.25/4.61=6.78。</p><p><b>　　5）計算載荷系數(shù)。</b></p><p>　　根據(jù)v=0

16、.65m/s，8級精度，由課本圖10-8查得動載荷系數(shù)Kv=1</p><p>　　直齒輪，KHa=KFa=1</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計得 KA=1</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計用插值法查得8級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，KHβ=1.448</p><p>　　由b/h=6.78，KHβ=1.448查表得KFβ=1.35：故載

17、荷系數(shù)</p><p>　　K=KA×KV×KHa×KFβ=1×1.06×1×1.448=1.535</p><p>　　按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑</p><p>　　d1= d1t(K/Kt) 1/3=31.25 ×(1.535/1.3) 1/3=29.54mm</p>

18、<p>　　計算模數(shù)m：m=d1/z1=29.54/15=1.97mm，取m=2。</p><p>　　6）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計</p><p>　　由機(jī)械設(shè)計得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式</p><p>　　m≥[2KT1YFaYSa/(φdz12σF)] 1/3</p><p>　　確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值</p><

19、;p>　　由機(jī)械設(shè)計查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE2=380MPa</p><p>　　查表取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.92 KFN2=0.98。</p><p>　　7）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，</p><p>　　[σF]1=

20、KFN1σFE1/S=0.92×500/1.4=328.57MPa</p><p>　　[σF]2= KFN2σFE2/S=0.98×380/1.4=266MPa</p><p><b>　　8）計算載荷系數(shù)K</b></p><p>　　K=KA×KV×KFa×KFβ=1×1.06&

21、#215;1×1.35=1.431</p><p>　　取齒形系數(shù)。查表得 YFa1=2.80 YFa2=2.14；查表取應(yīng)力校正系數(shù)。</p><p>　　YSa1=1.55 YSa2=1.83</p><p>　　計算大、小齒輪的YFa YSa/[σF]</p><p>　　YFa1 YSa1/[σF]1=2.80×1

22、.55/328.57=0.0132</p><p>　　YFa2 YSa2/[σF]2=2.14×1.83/266=0.01472</p><p><b>　　大齒輪的數(shù)值大。</b></p><p>　　m≥[2×1.431×18020×0.01472 /(1×212)] 1/3=1.918m

23、m</p><p>　　對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m的大小重腰取決于彎曲強(qiáng)度的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.918并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm，按接觸強(qiáng)度的的分度圓直徑d1=29.25mm，算出小齒輪的齒數(shù)z1=d1/m=29.25/2=15.63mm。</p><

24、;p>　　大齒輪的齒數(shù)z2=3.7×15=55，取z2=55。</p><p>　　這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。</p><p><b>　　9）幾何尺寸計算</b></p><p>　　計算分度圓直徑 d1= z1m=15×2=30mm</p><p

25、>　　d2= z2m=55×2=110mm</p><p>　　計算中心距 a=（d1+ d2）/2=（30+110）/2=70mm</p><p>　　計算齒輪寬度 b=φd d1=1×30=30mm，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，采用齒輪軸的方式，故而齒輪寬度取較大，B1=34mm，B2=25慢mm</p><p>　　綜上可知，齒輪的設(shè)計參數(shù)如下

26、：</p><p>　　小齒輪分度圓直徑：d1=30mm</p><p>　　大齒輪分度圓：d2=110mm</p><p><b>　　中心距a=70mm</b></p><p>　　小齒輪齒寬：B1=34mm</p><p>　　大齒輪齒寬：B2=25mm</p><p&g

27、t;<b>　　模數(shù)m=2。</b></p><p><b>　　軸的設(shè)計</b></p><p>　　1）材料選擇及最小直徑估算</p><p>　　根據(jù)工作條件，小齒輪的直徑較小，采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，選用45鋼，正火，硬度HB= 170-217。 </p><p>　　按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法進(jìn)行最小直徑估算，

28、即d=初算軸徑，若最小直徑軸段開有鍵槽，還要考慮鍵槽對軸的強(qiáng)度影響。</p><p>　　值由表26—3確定： =112</p><p>　　高速軸最小直徑的確定</p><p>　　由d==16.28mm，綜合考慮各因素，取d=18mm</p><p>　　低速軸最小直徑的確定。</p><p>　　d==18.51

29、 m，因低速軸最小直徑處安裝聯(lián)軸器，設(shè)有一鍵槽，則d=</p><p>　　18.51（1+1.07）=19.92，參見聯(lián)軸器的選擇，就近取聯(lián)軸器孔徑的標(biāo)準(zhǔn)值，d=20mm。</p><p>　　2)高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　a 各軸段的直徑的確定</p><p>　　最小直徑， d=d=18mm</p><p

30、>　　d：滾動軸承處軸段，d=20mm滾動軸承選取30204</p><p>　　d：齒輪軸部分。取直徑為24mm</p><p>　　d：同2一起為軸承部分，直徑為20mm</p><p>　　b 各軸段長度的確定</p><p>　　L：由箱體結(jié)構(gòu)、軸承端蓋、裝配關(guān)系確定長度為16mm</p><p>　　L

31、：由滾動軸承確定長度為15mm</p><p>　　L：由齒輪寬度決定，取長度為50mm</p><p>　　L：由滾動軸承確定長度為15mm</p><p>　　3）低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　a 各軸段的直徑的確定</p><p>　　最小直徑，安裝聯(lián)軸器的外伸軸段， d=d=20mm</p>

32、<p>　　d：密封處軸段，根據(jù)聯(lián)軸器的軸向定位要求，以及密封圈的標(biāo)準(zhǔn)（采用氈圈密封），d=27mm</p><p>　　d：滾動軸承處軸段，d=30mm</p><p>　　d：軸環(huán)，根據(jù)齒輪的軸向定位要求, d=36mm</p><p>　　d:低速級大齒輪軸段, d=32mm</p><p>　　d:滾動軸承處軸段，d=3

33、0mm</p><p>　　b 各軸段長度的確定</p><p>　　L：由聯(lián)軸器的轂孔寬確定，L=32mm</p><p>　　L：由箱體結(jié)構(gòu)、軸承端蓋、裝配關(guān)系確定，L=25mm</p><p>　　L：由滾動軸承、擋油盤及裝配關(guān)系確定，L=14mm</p><p>　　L：軸環(huán)寬度，L=13mm</p>

34、;<p>　　L：由低速級大齒輪的轂孔寬確定，L=25mm</p><p>　　L：由滾動軸承、擋油盤及裝配關(guān)系確定，L=32mm </p><p><b>　　三 建模</b></p><p>　　1) 箱體的建模如圖1，</p><p><b>　　圖1 箱體</b></p&

35、gt;<p>　　2）箱蓋的建模結(jié)果如圖2</p><p><b>　　圖2 箱蓋</b></p><p>　　3）齒輪的建模結(jié)果如圖3</p><p><b>　　圖3 齒輪</b></p><p>　　4）齒輪軸的建模如圖4</p><p><b>

36、;　　圖4 齒輪軸</b></p><p>　　5）從動軸的建模結(jié)果如圖5</p><p><b>　　圖5 從動軸</b></p><p>　　6）滾動軸承得建模結(jié)果如圖6</p><p><b>　　圖6 滾動軸承</b></p><p>　　7）螺釘?shù)慕＝Y(jié)

37、果如圖7所示</p><p><b>　　圖7 螺釘</b></p><p>　　8）螺母的建模結(jié)果如圖8所示</p><p><b>　　圖8 螺母</b></p><p>　　9）油面指示片的建模結(jié)果如圖所示</p><p><b>　　圖9 油面指示片<

38、/b></p><p>　　10）墊圈的建模結(jié)果如圖10所示</p><p><b>　　圖10 墊圈</b></p><p>　　11） 套筒的建模結(jié)果如圖11所示</p><p><b>　　圖11 套筒</b></p><p>　　12） 端蓋的建模結(jié)果如圖12&

39、lt;/p><p><b>　　圖12 端蓋</b></p><p>　　13）透蓋的建模結(jié)果如圖13所示</p><p><b>　　圖13 透蓋</b></p><p>　　14） 鍵的建模結(jié)果如圖14所示</p><p><b>　　圖14 鍵</b>

40、</p><p>　　15）擋油環(huán)的結(jié)果如圖15所示</p><p><b>　　圖15 擋油環(huán)</b></p><p>　　16）調(diào)整環(huán)的建模結(jié)果如圖16所示</p><p><b>　　圖16 調(diào)整環(huán)</b></p><p><b>　　四 機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真<

41、/b></p><p>　　運(yùn)動仿真包括了機(jī)構(gòu)傳動件的簡單速度分析以及主動軸的有限元分析。</p><p>　　圖17所示為減速器齒輪軸的角速度分析，由圖里可看出齒輪軸的角速度為勻速，也即是齒輪軸以均勻的速度轉(zhuǎn)動。</p><p><b>　　圖17速度分析</b></p><p><b>　　有限元分析

42、</b></p><p>　　應(yīng)力分析如下圖，在減速器機(jī)構(gòu)處于靜態(tài)時，節(jié)應(yīng)力為53，而減速器主動軸能承受的屈服應(yīng)力為295,593,984.0N/m·2</p><p><b>　　圖18 應(yīng)力分析</b></p><p>　　2）應(yīng)變分析。如下圖，由圖可知，齒輪軸在靜止時的靜態(tài)位移為53mm；</p>&l

43、t;p><b>　　圖19 應(yīng)變分析</b></p><p>　　3）安全系數(shù)分析。如圖 ，在圖中可以清晰的了解齒輪各部分的安全系數(shù)，而整個軸的安全系數(shù)為56，最小安全系數(shù)為1.1e+0.06。</p><p><b>　　圖20安全系數(shù)</b></p><p><b>　　五 機(jī)構(gòu)裝置圖</b>

44、;</p><p>　　構(gòu)裝置圖包含機(jī)構(gòu)整體裝配圖、爆炸圖以及平面工程圖。</p><p>　　1） 機(jī)構(gòu)整體裝配圖如圖21所示</p><p><b>　　圖21 整體裝配圖</b></p><p>　　2） 爆炸圖如圖22所示</p><p><b>　　圖22 爆炸圖</b&

45、gt;</p><p><b>　　機(jī)構(gòu)平面工程圖</b></p><p>　　a 圖23所示為主視圖以及部分零部件的局部剖視圖</p><p><b>　　圖23主視圖</b></p><p>　　b 圖24為俯視圖的全剖視圖</p><p><b>　　圖24

46、俯視圖</b></p><p><b>　　c 圖25為左視圖</b></p><p><b>　　圖25 左視圖</b></p><p><b>　　六 小結(jié)</b></p><p>　　所做的是一個一級直齒輪減速器，對減速器的結(jié)構(gòu)以及原理等有了清晰的認(rèn)識；而通過

47、對零件的建模以及仿真等，學(xué)會了更加熟練的操作solidworks，對這款軟件有了更深刻的認(rèn)識；減速器齒輪以及軸的計算運(yùn)用了以前《機(jī)械設(shè)計》以及《機(jī)械原理》所學(xué)內(nèi)容，使更深刻領(lǐng)會了書本的知識；本次課程設(shè)計采用的是三維建模與理論知識相結(jié)合的方式，做到了理論聯(lián)系實(shí)際，從實(shí)際中更好的理解理論。本次課程設(shè)計完成了作為一個機(jī)械設(shè)計專業(yè)學(xué)生的第一次設(shè)計，對以后的設(shè)計工作打下了基礎(chǔ)，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。</p><p><b

48、>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　濮良貴，紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計[M]，北京：高等教育出版社2006</p><p>　　孫恒，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M]，北京：高等教育出版社2006</p><p>　　林建龍，劉玉德等，Solidworks設(shè)計與分析范例教程[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社2008</p><p>