两级圆柱齿轮减速器的设计及有限元分析 毕业设计

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1、ee题 目 两级圆柱齿轮减速器的设计及有限元分析 学生姓名 e 学号 ee 所在学院 机械工程学院 专业班级 ee 指导教师 ee _ 完成地点 校内 2009 年 6 月 17 日两级圆柱齿轮减速器的设计及有限元分析ee(ee)指导教师：ee摘要本设计是一个展开式二级圆柱齿轮减速器，主要目的是为了提高减速器的设计效率以及完成齿轮在啮合时两个齿轮的非线性应力分析。本文主要利用了Pro/E三维软件和ANSYS有限元分析软件。首先，通过计算完成齿轮设计、轴设计、齿轮及轴强度校核等设计计算；然后，利用Pro/E软件对减速器进行三维造型设计，并对它进行模型装配及运动仿真分析，使设计结果得到更直观的体现

2、；最后，利用ANSYS软件对其中一对直齿轮进行参数化建模，利用APDL语言在ANSYS软件中自动生成齿轮的渐开线，再利用图形界面操作模式，通过镜像、旋转等命令，生成两个相互啮合的大小齿轮，并对它进行了非线性应力分析，得出两个大小齿轮的接触应力分布云图。通过利用Pro/E软件对减速器进行三维造型与仿真分析，我们可以通过仿真虚拟减速器的实际运动过程，从而提高了设计的准确性和缩短了设计的周期，通过利用ANSYS软件分析一对齿轮啮合时的应力，可以知道，用传统的方法设计齿轮，是将齿轮的可靠度放大了，在实际设计过程中，我们可以减少齿轮的尺寸，从而节省了原材料，降低了生产的成本。关键字减速器，Pro/E，三

3、维造型，运动仿真，ANSYS，有限元分析，非线性应力分析The design and finite element analysis of two cylindrical gear reduceee(ee)Tutor: eeAbstract: The design is an expansion of two cylindrical gear reducer, The main purpose is to improve the design efficiency of reducer and gear mesh in two gear nonlinear stress analysis. T

4、his paper mainly use the Pro/E software for 3D software and finite element analysis software ANSYS. First of all, by calculating the complete gear design, shaft design, gear and axle strength check calculation; Then, three-dimensional modeling design for the reducer using Pro/E software, and analyze

5、d the model assembly and motion simulation, the design results reflected more intuitive; Finally, one of the gear parametric modeling using ANSYS software, The use of APDL language automatic generation of involutes gear in ANSYS software, To use graphical interface mode of operation, through the mir

6、ror, rotate command, generates two meshing gears, And it is a nonlinear stress analysis, The size of the two gear contact stress distribution reprogram. Through the analysis of 3D modeling and Simulation of the reducer using Pro/E software, We can actually exercise process through the simulation of

7、virtual reducer, In order to improve the accuracy of design and shorten the design cycle, Through the use of ANSYS software analysis of the stress of gear mesh, We can know, Using traditional methods of design of gear, The gear reliability amplification, In the process of design, we can reduce the g

8、ear size, which saves raw materials, reduces the production cost.Key words: reducer, Pro/E, three-dimensional modeling , motion simulation , ANSYS , finite element analysis，Nonlinear stress analysis 目 录绪论11设计研究的意义12文中采用软件简介23本文主要研究内容31 圆柱齿轮减速器的设计计算41.1系统总体方案设计41.2电动机的选择41.3计算总传动比及分配各级传动比51.4计算传动装置的运

9、动和动力参数51.5 传动零件的设计计算61.5.1 高速级直齿圆柱齿轮传动设计61.5.2 低速级直齿圆柱齿轮传动设计81.6轴的设计与计算111.6.1 输入轴的设计与计算111.6.2 中间轴的结构设计161.6.3 输出轴的结构设计161.7 滚动轴承的选择及校核计算171.7.1 输入轴滚动轴承寿命计算171.7.2 中间轴滚动轴承寿命计算181.7.3 输出轴滚动轴承寿命计算191.8 键连接的选择及校核计算201.8.1 输入轴键的强度校核计算201.8.2 中间轴键的强度校核计算201.8.3 输出轴键强度校核计算201.9 联轴器的选择212 减速器的部分部件的三维建模222

10、.1 圆柱直齿轮的三维建模过程222.2 轴的三维模型图292.2.1 轴1的实体模型图292.2.2 轴2的实体模型图292.2.3 轴3的实体模型图292.3 键的三维模型图302.4 轴承的实体模型图302.5 视孔盖和窥视孔的三维模型图302.6 油标的三维模型图312.7 起盖螺钉的三维模型图312.8 轴承端盖的三维模型图312.9 箱座的三维建模图322.10 箱盖的三维建模图323 减速器的装配及运动仿真333.1减速器爆炸图333.2 减速器的装配333.3 减速器的运动仿真344 直齿圆柱齿轮啮合应力有限元分析364.1 建立直齿轮模型364.2 几何模型的网格划分404.

11、3 创建接触对414.4施加边界条件与加载434.5 求解444.6 查看结果444.7 结果分析455 结论46附录148参 考 文 献5149绪论减速器是一种介于原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，主要作用是用来传递动力和增大转矩，广泛应用于机械行业，如矿业生产、化工设备、汽车制造、农业生产等领域，在种类繁多的减速器中，圆柱齿轮减速器是较为普遍使用的传动装置，齿轮减速器在设计过程中涉及机械设计各个方面，如几何参数设计、结构设计、标准件选型、强度设计、动力学设计、润滑与密封等。如果采用传统的设计方法去设计一个减速器，可能因为计算量太大，过程比较繁杂，很容易在设计过程中出错，而且设计周期长

12、，浪费人力财力。随着计算机技术在机械制造中的广泛应用，改变了传统设计减速器的过程，我们可以通过简单的设计计算，然后利用Pro/E软件对减速器进行三维造型、模型装配，进而对它进行运动仿真，不仅模拟出了它的实际形状，而且模拟出了它的实际运动过程。在圆柱齿轮传动过程中，最容易出现失效的是齿轮，因此，我们要对设计出来的齿轮进行分析，ANSYS软件是一个比较好的有限元分析软件，我们可以用它来分析圆柱齿轮在啮合时的非线性应力状态。1设计研究的意义 圆柱齿轮减速器由于具有固定传动比、结构紧凑、机体封闭并有较大刚度、传动可靠性好等特点，因此成为工程应用中普遍使用的机械传动装置，被广泛应用于建材、起重、运输、冶

13、金、化工和轻工等行业。一些类型的减速器已经有了系列标准，可以由专门的制造厂生产。但在传动布置、结构尺寸、功率、传动比等有特殊要求，由标准不能选出时，需自行设计制造。齿轮是机械中广泛应用的传动零件之一，形式很多，应用广泛。齿轮传动具有传动功率范围大、传动效率高、结构紧凑、传动比准确、使用寿命长、工作可靠性好等优点。因此齿轮传动技术成为机械工程技术的重要组成部分，在一定程度上标志着机械工程技术的水平。由于齿轮传动在机械行业乃至整个国民经济中的地位和作用，齿轮被公认为工业和工业化的象征。但从零件的失效情况来看，齿轮也是最容易出故障的零件之一。齿轮传动在运行工况中常常会发生轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀

14、、齿面胶合、塑性变形等很多问题。导致传动性能失效，进而引发严重的生产事故。据统计，在各类机械故障中齿轮失效就占总数的60%以上，其中齿面损坏和齿根断裂均为齿轮失效的主要原因。因而有必要对齿轮接触状态的强度性能进行合理的评估并校核其结构的可靠性。为此人们对齿轮的齿面接触应力进行了大量的研究与分析。然而，传动齿轮复杂的应力分布情况和变形机理成为了齿轮设计困难的主要原因，而有限元理论和各种有限元分析软件的出现，让普通设计人员无需对齿轮做大量的分析研究，就可以基本掌握齿轮的受力和变形情况，并可以利用有限元计算结果，找出设计中的薄弱环节，进而达到齿轮进行设计的目的。由于有特殊要求的减速器其设计过程繁琐、

15、周期长、效率低，因而在整个设计过程中，需要对它进行实体建模，并进行运动仿真及有限元分析。计算机辅助设计工程（CAD/CAE）和ANSYS有限元分析软件等技术，经过几十年的发展已经日趋成熟，计算机辅助绘图已经成为计算机辅助设计、计算机辅助制造的重要组成部分，由于绘图速度快，而且分析准确性高，所以被广泛应用于航空、机械、电子、建筑等行业。将计算机辅助设计与传统机械设计过程相结合，能够大大缩短产品设计周期，提高效率，减轻劳动强度，同时在设计过程中对产品进行仿真分析及有限元分析，因而可以有效避免原材料的浪费，最大限度降低生产成本。基于目前我国由制造业大国向制造业强国迈进的基本国情，减速器的实体建模及运

16、动仿真分析，对其设计过程显得尤为重要，当然对其进行有限元的分析也很重要，可以了解实际工作时所处的应力状态。本文研究内容能够在一定程度上缩短减速器的设计周期，降低生产成本，降低劳动者的劳动强度，提高劳动生产率，提高减速器设计质量。2文中采用软件简介（1）Pro/E软件的介绍本设计中减速器的实体模型及运动仿真分析都是在Pro/E三维设计软件中进行的。1985年美国PTC公司开始建模软件的研究，1988年V1. 0的Pro/ENGINEER诞生，随后美国通用汽车公司将该技术应用于各种类型的减速器设计与制造中。目前在基于Pro/E的减速器的模型设计、数据分析与生产制造方面美国、德国和日本处于领先地位。

17、Pro/ENGINEER技术可以方便快捷的实现建立基于零件或子装配体的三维模型设计和装配，并且提供了丰富的约束条件完成可以满足的工程实践要求。建立三维模型在装配体环境下可以很好的对零件进行编辑和修改，在生产实际中便捷的把立体图转换为工程图，在生产应用中充分利用Pro/E软件进行几何造型设计，进一步利用数控加工设备进行技术加工，可以显著提高减速器的设计制造精密、设计制造质量、设计制造效率，从而缩短产品更新换代生产的整个周期。其最显著的特征就是使用参数化的特征造型。涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真，到工程图的输出、生产加工成产品的全过程。本软件采用单一数据

18、库、参数化、基于特征、全相关的概念，改变了机械CADCAECAM 的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CADCAECAM 领域的新标准。Pro/E引入了行为建模功能，可以通过对用户的设计要求和目标的分析，自动得到最优结果。它所涉及的主要行业包括工业设计、机械、仿真、制造和数据管理、电路设计、汽车、航天、玩具等。Pro/E系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程设计人员的设计思想和习惯，整个系统建立在统一的数据库基础上，具有完整而统一的模型。而我国在Pro/E的减速器三维模型设计方面还相对比较薄弱，因此，随着经济全球化的发展，在此技术上我国需要不断的突破创新，逐步提高“中国创造”在国际市场的

19、竞争力。（2）ANSYS有限元分析软件介绍由美国ANSYS公司开发的计算机模拟工程结构有限元分析软件ANSYS现已成为世界顶端的有限元分析软件。本论文以ANSYS软件为平台，以直齿圆柱齿轮为实例，研究了在ANSYS环境下实现齿轮精确建模、齿根应力分析、接触应力分析的方法。本论文采用采用APDL语言在ANSYS中完成齿轮精确建模，这种在ANSYS中建立的模型与其他诸如UG、Pro/E等CAD软件中建立模型,然后导入到ANAYS中进行分析相比，既省时省力，又克服了模型转换过程中容易出现的一些问题。根据有限元分析结果，与赫兹公式计算结果进行对比，验证了分析结果的可靠性，在保证结构安全可靠运行的条件下

20、，提高设计制造的效率，降低设计研制成本。一个完整的ANSYS应用分析，典型的分析过程分为四个主要步骤：a.前处理PEPP7（General Preprocessor） 创建或读入有限元模型，建立有限元模型所需输入的资料，如节点坐标、单元内节点排列次序等；定义材料属性；划分网格。b.求解SOLU(Solution Processor)施加荷载,设定约束条件以及求解。c.一般后处理POST1(General Postprocessor)或时间历程后处理POST26（Time Domain Postprocessor）查看求解结果中的变形、应力、应变、反作用力等基本信息；获取求解结果分析信息；绘制求

21、解结果的各种分析曲线；获取动态分析结果用与时间相关的结果处理。POST1用于静态结构分析、屈曲分析及模态分析，将求解所得的结果，如变形、应力、内力等资料，通过图形接口以各种不同表示方式把变形图、应力图等显示出来。而POST26仅用于动态结构分析，用于与时间相关的时域处理。d.结果分析检查分析结果，检验分析结果。在得到检验分析结果后，如果检验结果正确，则分析的问题得到解决。如果检验结果与实际工程系统误差较大，则需要提供改进分析方案，重新回到当前处理进行分析。ANSYS 除了采用GUI（图形操作界面）以外，还能采用命令流方式完成分析，即进行参数化设计编程（ANSYS Parametric Desi

22、gn Language, APDL）。ANSYS参数设计语言采用高级程序语法的规则进行，如参数的定义、数学表达式、分支及循环等。因此可以通过参数化变量方式建立分析模型，用建立智能化分析的手段为用户提供了自动完成有限元分析过程的功能，是ANSYS 进行二次开发的工具之一。3本文主要研究内容减速器的参数选择参考机械设计课程设计中的二级直齿圆柱齿轮减速器的数据，并在此基础上对其进行适当的简化和优化后，利用Pro/E软件进行三维实体建模，包括箱体、轴、齿轮轴、斜齿圆柱齿轮及部分标准件，其中详述斜齿圆柱齿轮的参数化建模过程、减速器装配及其运动学仿真过程，并对一对齿轮啮合进行有限元分析，来验证齿轮设计设计

23、的正确性和可行性。该设计过程包括：（1）系统的总体设计计算；（2）直齿圆柱齿轮参数化设计；（3）轴上其他零部件的设计与计算；（4）三维实体建模；（5）模型装配与运动仿真分析；（6）直齿轮啮合有限元分析；（7）结论分析。1 圆柱齿轮减速器的设计计算1.1系统总体方案设计 传动系统结构图如下：图1.1 传动装置总体效果图工作条件：表1-1 工作要求参数列表工作拉力工作速度卷筒直径61.3400连续单向运转，工作时有轻微振动，输出端一般为带式运输机，其工作速度允许误差为5。传动系统中采用二级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单但齿轮相对于轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级和低速级都采用直齿圆

24、柱齿轮传动。1.2电动机的选择根据已知工作条件计算： 工作机所需功率： 圆柱齿轮传动（7级精度）的效率: 圆锥滚子轴承的传动效率: 弹性联轴器的传动效率: 传动系统总效率: 工作机所需输入端功率:由此初步确定输入端可选电动机参数如下表1-2:表1-2 电动机参数列表电动机型号额定功率（）同步转速（）满载转速（）Y160M-1411150014601.3计算总传动比及分配各级传动比此传动系统总传动比:所以此二级圆柱齿轮减速器的总传动比：为了便于二级圆柱齿轮减速器采用浸油润滑，当两级齿轮的配对材料相同，齿面硬度HBS350,齿宽系数相等时。考虑面接触强度接近相等的条件，则两级圆柱齿轮减速器的传动比

25、分配如下：高速级传动比： 低速级传动比：1.4计算传动装置的运动和动力参数传动系统各轴的转速，功率和转矩计算：1轴（减速器高速轴） 2轴（减速器中间轴）=3轴（减速器低速轴）1.5 传动零件的设计计算1.5.1 高速级直齿圆柱齿轮传动设计1.定材料、精度等级、齿数选择直齿圆柱齿轮传动，小齿轮材料为，硬度为280HBS，大齿轮材料为，硬度为240HBS，二者硬度之差为40HBS，载荷平稳齿轮速度不高，初选7级精度，小齿轮齿数大齿轮齿数。2.按齿面接触强度设计(1)确定式内各参数：1)载荷系数试选:2)小齿轮传递的转矩: 3)由表10-7选取齿宽系数4)由表10-6得材料的弹性影响系数:5)大、小

26、齿轮的接触疲劳极限:应力循环次数:6)由图10-21d得接触疲劳寿命系数，确定许用接触应力,取安全系数, 取 （2）计算1）计算小齿轮分度圆直径: 2)计算圆周速度: 3）计算齿宽：4）计算齿宽与齿高之比：模数 齿高 5）计算载荷系数k 系数，根据，选7级精度,得动载系数,直齿轮，由于是小齿轮相对于轴承是非对称布置， ,故载荷系数：6）校正分度圆直径计算模数： 3.齿根弯曲疲劳强度校核 （1）确定公式中各参数值:1）大小齿轮的弯曲疲劳强度极限查取2）查取弯曲疲劳寿命系数查取3）计算弯曲疲劳许用应力。取定弯曲疲劳安全系数 许用弯曲应力: 4）计算载荷系数 5)查取齿形系数和应力修正系数， 比较取

27、其中较大值代入公式计算 6)大齿轮的数值大，应按小齿轮校核齿根弯曲疲劳强度校核计算 取，然后按接触强度设计，分度圆直径，计算出小齿轮齿数 ，4.齿轮的几何尺寸设计计算 1)两轮分度圆直径 =m 2)中心距 3)计算齿宽，取1.5.2 低速级直齿圆柱齿轮传动设计1.定材料、精度等级、齿数选择直齿圆柱齿轮传动，小齿轮材料为，硬度为280HBS，大齿轮材料为，硬度为240HBS，二者硬度之差为40HBS，载荷平稳齿轮速度不高，初选7级精度，小齿轮齿数大齿轮齿数。2.按面接触疲劳强度计算（1）确定各式参数：1）载荷系数试选:2）小齿轮传递的转矩:3）取，材料系数:。4）大，小齿轮的接触疲劳极限:5）应

28、力循环次数:6)接触疲劳寿命系数确定许用接触应力,取安全系数,取 （2）计算1)计算小齿轮分度圆直径: 2)计算圆周速度: 3）计算齿宽：计算齿宽与齿高之比：模数 齿高 4）计算载荷系数k 系数，根据，选7级精度,得动载系数 ,直齿轮，则 5）校正分度圆直径计算模数： 3.齿根弯曲疲劳强度校核 (1) 确定式内各参数值:1) 大小齿轮的弯曲疲劳强度极限查取2) 弯曲疲劳寿命系数查取3) 取定弯曲疲劳安全系数许用弯曲应力: 4）计算载荷系数5)查齿形系数和应力修正系数 ，计算 比较取其中较大值代入公式计算 6)大齿轮的数值大，应按小齿轮校核齿根弯曲疲劳强度校核计算 取，然后按接触强度设计，分度圆

29、直径，算出小齿轮齿数 ，4.齿轮的几何尺寸设计计算 1)两轮分度圆直径 =m 2)中心距 3)计算齿宽，取 1.6轴的设计与计算1.6.1 输入轴的设计与计算（1）求作用在齿轮上的力：已知，由前面计算已知分度圆直径，则（2）初步确定输入轴的最小直径：选轴的材料为45钢（调制处理），根据文献1表15-3，取，于是得，取(3)联轴器的选择：联轴器的计算转矩,查表14-1，取，则(4)轴的结构设计拟定轴的装配方案图1.21 高速轴的结构图根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位，1-2轴段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径，取，其中，。初步选择滚动轴承。因轴承同时受有

30、径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，由文献1表15-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30306，其尺寸为，故，3-4段需要制出一轴肩，故，小直齿轮装在在6-7轴段，由于小直齿轮齿厚，故，。小直齿轮的周向定位采用平键连接，按由文献1表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为r6。确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为。(5)求轴上的载荷，确定截面。表1-3轴上载荷载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M 总弯矩扭矩T(6)按弯

31、扭合成应力校核轴的强度根据上表中的数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢（调质）由文献1表15-1查得，故安全。(7)精确校核轴的疲劳强度判断危险截面截面 承载齿轮的截面7左右两侧受应力最大，故只需校核承载齿轮的截面7左右两侧即可。截面5右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面5右侧弯矩M为 截面5上的扭矩为 截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为，调质处理。由表15-1查得截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按文献1附表3-2查取。因，经插值后查得，。又由文献1附图3-1可得轴的材料敏感系数为。故有效应力集中系数为由文献1附图3-2的尺寸

32、系数，扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由文献1附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为取碳钢的特性系数计算安全系数值故可知安全。截面7左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面5左侧弯矩M为截面5上的扭矩为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力过盈配合处的，由附表3-8用插值法求出，并取，于是得 轴按磨削加工，由文献1附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为又取碳钢的特性系数计算安全系数值故可知安全。1.6.2 中间轴的结构设计图1.23 中间轴的结构图(1)确定输入轴的最小直径：选轴的材料为45钢，调质处理。根据文献1表15-3，取,于是得，(2)轴2的尺寸确定取，

33、即，取，。1.6.3 输出轴的结构设计图1.25 低速轴的结构图(1)确定输入轴的最小直径：选轴的材料为45钢，调质处理。根据文献1表15-3，取,于是得，(2)轴3的尺寸确定取，即，取，。1.7 滚动轴承的选择及校核计算1.7.1 输入轴滚动轴承寿命计算初步选择滚动轴承，由文献2表6-7中初步选取03基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30308，其尺寸为：， ，。表1-4轴承上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力F则 则 则 则查表得，则4.验证轴承寿命故合格。1.7.2 中间轴滚动轴承寿命计算初步选择滚动轴承，由文献2表6-7中初步选取03基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承3031

34、4，其尺寸为：， ，。表1-5轴承上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力F 则 则 则 则查表得，则4.验证轴承寿命故合格。1.7.3 输出轴滚动轴承寿命计算初步选择滚动轴承，由文献2表6-7中初步选取03基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30314，其尺寸为：， ，。表1-6轴承上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力F则 则 则 则查表得，则4.验证轴承寿命故合格。1.8 键连接的选择及校核计算1.8.1 输入轴键的强度校核计算校核输入轴联轴器处的键连接： 该处选用普通平键尺寸为，接触长度，其中，则平键连接的强度条件：故平键满足强度要求。校核小圆柱直齿轮1处的键连接： 该处选用普通平键尺寸为，

35、接触长度，则平键连接的强度条件：故平键满足强度要求。1.8.2 中间轴键的强度校核计算校核大圆柱直齿轮1处的键连接： 该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则平键连接的强度条件：故平键满足强度要求。校核小圆柱直齿轮2处的键连接： 该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则平键连接的强度条件：故平键满足强度要求。1.8.3 输出轴键强度校核计算校核大圆柱直齿轮2处的键连接： 该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则平键连接的强度条件：故平键满足强度要求。校核输出轴联轴器的键连接： 该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则平键连接的强度条件：故平键满足强度要求。1.9 联轴器的选择根据工作要求，选择弹性柱销联轴器较

36、合理。输入轴联轴器选用型号LX1，公称转矩为，许用转速，轴径为， ， ，故适用。输入轴联轴器选用型号LX4，公称转矩为，许用转速，轴径为， ， ，故适用。联轴器的校核计算已知输入轴，由文献1表14-1查得，由式（14-1）得，故满足要求。已知输出轴，由表文献114-1查得，由式（14-1）得，故满足要求。2.电机选择2.1电动机选择（倒数第三页里有东东）2.1.1选择电动机类型2.1.2选择电动机容量电动机所需工作功率为：；工作机所需功率为：；传动装置的总效率为：；传动滚筒 滚动轴承效率 闭式齿轮传动效率 联轴器效率 代入数值得：所需电动机功率为：略大于 即可。选用同步转速1460r/min

37、；4级 ；型号 Y160M-4.功率为11kW2.1.3确定电动机转速取滚筒直径1.分配传动比（1）总传动比(2)分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比则低速级的传动比2.1.4 电机端盖组装CAD截图 图2.1.4电机端盖2.2 运动和动力参数计算2.2.1电动机轴 2.2.2高速轴2.2.3中间轴2.2.4低速轴2.2.5滚筒轴3.齿轮计算3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2绞车为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。3材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280 HBS，大齿轮材料

38、为45钢（调质）硬度为240 HBS，二者材料硬度差为40 HBS。4选小齿轮齿数，大齿轮齿数。取5初选螺旋角。初选螺旋角3.2按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式（10-21）进行试算，即3.2.1确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数1。（2）由机械设计第八版图10-30选取区域系数。（3）由机械设计第八版图10-26查得，则。（4）计算小齿轮传递的转矩。（5）由机械设计第八版表10-7 选取齿宽系数（6）由机械设计第八版表10-6查得材料的弹性影响系数（7）由机械设计第八版图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 。13计算应力循环次数。（9

39、）由机械设计第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数; 。（10）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由机械设计第八版式（10-12）得（11）许用接触应力3.2.2计算（1）试算小齿轮分度圆直径=49.56mm（2）计算圆周速度（3）计算齿宽及模数 =2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01（4）计算纵向重合度0.318124tan=20.73（5）计算载荷系数K。已知使用系数根据v= 7.6 m/s,7级精度，由机械设计第八版图10-8查得动载系数由机械设计第八版表10-4查得的值与齿轮的相同，故由机械设计第八版图 10-13查得由机械设计

40、第八版表10-3查得.故载荷系数11.111.41.42=2.2（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a）得（7）计算模数 3.3按齿根弯曲强度设计由式（10-17）3.3.1确定计算参数（1）计算载荷系数。 =2.09（2）根据纵向重合度 ，从机械设计第八版图10-28查得螺旋角影响系数（3）计算当量齿数。（4）查齿形系数。由表10-5查得（5）查取应力校正系数。由机械设计第八版表10-5查得（6）由机械设计第八版图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲强度极限 ；（7）由机械设计第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数 ，；（8）计算弯曲疲劳许用应力。取

41、弯曲疲劳安全系数S1.4,由机械设计第八版式（10-12）得（9）计算大、小齿轮的 并加以比较。=由此可知大齿轮的数值大。3.3.2设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于由齿面齿根弯曲疲劳强度计算 的法面模数，取2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度得的分度圆直径100.677mm 来计算应有的齿数。于是由取 ，则 取 3.4几何尺寸计算3.4.1计算中心距a=将中以距圆整为141mm.3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正。3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径3.4.4计算齿轮宽度圆整后取.低速级取m=3;由 取

42、圆整后取表 1高速级齿轮：名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m22压力角2020分度圆直径d=227=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径表 2低速级齿轮：名称代号计 算 公 式 小齿轮大齿轮模数m33压力角2020分度圆直径d=327=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径4.轴的设计4.1低速轴4.1.1求输出轴上的功率转速和转矩 若取每级齿轮的传动的效率,则4.1.2求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为圆周力 ,径向力 及轴向力 的4.1.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据机械设计第八版

43、表15-3,取 ,于是得输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩, 查表考虑到转矩变化很小,故取 ,则:按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003或手册,选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2500000 .半联轴器的孔径 ,故取 ,半联轴器长度 L=112mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.1.4轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案 图4-1（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)根据联轴器为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取

44、2-3段的直径 ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故1-2 段的长度应比 略短一些,现取.2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313。其尺寸为dDT=65mm140mm36mm，故 ；而。3）取安装齿轮处的轴段4-5段的直径 ；齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为90mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 。齿

45、轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度 ，故取h=6mm ，则轴环处的直径 。轴环宽度 ，取。4）轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取 低速轴的相关参数：表4-1功率转速转矩1-2段轴长84mm1-2段直径50mm2-3段轴长40.57mm2-3段直径62mm3-4段轴长49.5mm3-4段直径65mm4-5段轴长85mm4-5段直径70mm5-6段轴长60.5mm5-6段直径82mm6-7段轴长54.5mm6-7段直径65mm（3）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周

46、向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面b*h=20mm12mm，键槽用键槽铣刀加工，长为L=63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。4.2中间轴4.2.1求输出轴上的功率转速和转矩4.2.2求作用在齿轮上的力（1）因已知低速级小齿轮的分度圆直径为：（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为：4.2.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取 ,于是得

47、：轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径。图 4-24.2.4初步选择滚动轴承.（1）因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为dD*T=35mm72mm18.25mm，故，；（2）取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径 ；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为95mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度，取。（3）取安装高速级大齿轮的轴段4-5段的直径齿

48、轮的右端与右端轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为56mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。 4.2.5轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面b*h=22mm14mm。键槽用键槽铣刀加工，长为63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。中间轴的参数：表4-2功率10.10kw转速362.2r/min转矩263.61-2段轴长29.3

49、mm1-2段直径25mm2-3段轴长90mm2-3段直径45mm3-4段轴长12mm3-4段直径57mm4-5段轴长51mm4-5段直径45mm4.3高速轴4.3.1求输出轴上的功率转速和转矩若取每级齿轮的传动的效率,则4.3.2求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为4.3.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取 ,于是得：输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩 , 查表 ,考虑到转矩变化很小,故取 ,则:按照计算转矩 应小于联轴器公称

50、转矩的条件,查标准GB/T 5014-2003 或手册,选用LX2型弹性柱销联轴器,其公称转矩为560000 .半联轴器的孔径 ,故取 ,半联轴器长度 L=82mm ,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.4轴的结构设计4.4.1拟定轴上零件的装配方案图4-34.4.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足半联 轴器的轴向定位要示求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3 段的直径 ;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D=45mm .半联轴器与轴配合的毂孔长度 ,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上 而不压在轴的端面上,故 段的长度应比 略短一些,现取.2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受

51、有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据 ,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游子隙组 、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为d*D*T=45mm*85mm*20.75mm，故 ；而 ，mm。3）取安装齿轮处的轴段4-5段,做成齿轮轴；已知齿轮轴轮毂的宽度为61mm，齿轮轴的直径为62.29mm。4）轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取。 5）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按 查表查得平键截面b*h=14m

52、m*9mm ，键槽用键槽铣刀加工，长为L=45mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。高速轴的参数：表4-3功率10.41kw转速1460r/min转矩1-2段轴长80mm1-2段直径30mm2-3段轴长45.81mm2-3段直径42mm3-4段轴长45mm3-4段直径31.75mm4-5段轴长99.5mm4-5段直径48.86mm5-6段轴长61mm5-6段直径62.29mm6-7段轴长26.75mm6-

53、7段直径45mm5.齿轮的参数化建模5.1齿轮的建模（1）在上工具箱中单击按钮，打开“新建”对话框，在“类型”列表框中选择“零件”选项，在“子类型”列表框中选择“实体”选项，在“名称”文本框中输入“dachilun_gear”，如图5-1所示。图5-1“新建”对话框2取消选中“使用默认模板”复选项。单击“确定”按钮，打开“新文件选项”对话框，选中其中“mmns_part_solid”选项，如图5-2所示，最后单击”确定“按钮，进入三维实体建模环境。图5-2“新文件选项”对话框（2）设置齿轮参数1在主菜单中依次选择“工具”“关系”选项，系统将自动弹出“关系”对话框。2在对话框中单击按钮，然后将齿

54、轮的各参数依次添加到参数列表框中，具体内容如图5-4所示，完成齿轮参数添加后，单击“确定”按钮，关闭对话框。图5-3输入齿轮参数（3）绘制齿轮基本圆在右工具箱单击，弹出“草绘”对话框。选择FRONT 基准平面作为草绘平面，绘制如图5-4所示的任意尺寸的四个圆。（4）设置齿轮关系式，确定其尺寸参数1按照如图5-5所示，在“关系”对话框中分别添加确定齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径的关系式。2双击草绘基本圆的直径尺寸，将它的尺寸分别修改为、修改的结果如图5-6所示。 图5-4草绘同心圆 图5-5“关系”对话框 图5-6修改同心圆尺寸 图5-7“曲线：从方程”对话框（5）创建齿轮齿

55、廓线1在右工具箱中单击按钮打开“菜单管理器”菜单，在该菜单中依次选择“曲线选项” “从方程” “完成”选项，打开“曲线：从方程”对话框，如图5-7所示。2在模型树窗口中选择坐标系，然后再从“设置坐标类型”菜单中选择“笛卡尔”选项，如图5-8所示，打开记事本窗口。3在记事本文件中添加渐开线方程式，如图5-9所示。然后在记事本窗中选取“文件” “保存”选项保存设置。图5-8“菜单管理器”对话框 图5-9添加渐开线方程4选择图5-11中的曲线1、曲线2作为放置参照，创建过两曲线交点的基准点PNTO。参照设置如图5-10所示。曲 线1曲 线 2图5-11基准点参照曲线的选择 图5-10“基准点”对话框5如图5-12所示，单击“确定”按钮，选取基准平面TOP和RIGHT作为放置参照，创建过两平面交线的基准轴A_1，如图6-13所示。图5-12“基准轴”对话框 图5-13基准轴A_16如图5-13所示，单击“确定”按钮，创建经过基准点PNTO和基准轴A_1的基准平面DTM1,如图5-14所示。