1、郑州工业应用技术学院毕业设计 二级圆柱直齿减速器的三维实体设计及运动仿真郑 州 工 业 应 用 技 术 学 院本科生毕业设计（论文）题 目： 二级圆柱直齿减速器的 三维实体设计及运动仿真 指导教师： 职称： 学生姓名： 学号： 专 业： 机械设计制造及其自动化 院 （系）： 机电工程学院 答辩日期： 20*年*月*日 20XX 年 X 月 XX 日郑州工业应用技术学院毕业设计 二级圆柱直齿减速器的三维实体设计及运动仿真摘要圆柱齿轮减速机，是一种动力传达机构，其利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装置。圆柱齿轮减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速
2、，增加转矩。本设计以带式传动机装置的减速器为设计依据，采用计算和电脑模拟仿真相结合的方式进行减速器的三维设计。设计过程包括传动设计、轴设计、联轴器、密封润滑、箱体设计六部分。运用 CAD 进行图纸设计和绘制，最后运用 SolidWorks 软件进行建模及运动仿真。运用 SolidWorks 软件仿真，快速的检测设计过程的干涉问题、结构问题、运动问题。并以仿真结果与设计结果相互佐证，优化了减速器的设计纰漏，提高了设计效率。关键词：减速器 传动设计 轴设计 运动仿真 SolidWorks郑州工业应用技术学院毕业设计 二级圆柱直齿减速器的三维实体设计及运动仿真绪论减速机在原动机和工作机或执行机构之间
3、起匹配转速和传递转矩的作用，减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。按照传动级数不同可分为单级和多级减速机；按照齿厂轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥圆柱齿引轮减速机；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同进轴式减速机。减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置 。在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。运用三维绘图软件 SolidWorks 作为虚拟设计平台, 建立了二级圆柱直齿减速器的三维实体模型,并使用软件 SolidWor
4、ks 的虚拟装配和动态仿真功能 ,实现了箱体的可视化分析。 在运用软件 SolidWorks 建立箱体模型可视化的基础上,进行了可靠性分析,确定系统分析流程、系统部件和系统风险元素,从而得出可靠性结构为布尔串联结构,并简化了系统非风险元素,使可靠性分析中的计算更加简单。对于机械系统而言,有无可靠性设计总体方案,以及可靠性方案成功与否,是决定机械系统正常运行成败的关键因素,无论是从节省人力、物力、降低成本方面看,还是从加速试制进度,保证产品质量与可靠性水平方面看,都具有特别重要的意义。随着机械行业的迅速发展,各种机械设计软件也相应出现,用户在追求高质量低价格和短交货期的同时,会缩短产品的更新换代
5、周期,从而传统的设计模式渐渐的被虚拟设计技术取代。设计者通过虚拟装配检查各零部件尺寸以及可装配性,即时修改错误；通过虚拟原型进行虚拟试验,而不用再去做更多的实物试验。这样,既节省了时间又节约了费用。运用三维绘图软件 SolidWorks 作为虚拟设计平台, 建立了二级圆柱直齿减速器的三维实体模型,并使用软件 SolidWorks 的虚拟装配和动态仿真功能 ,实现了箱体的可视化分析。在运用软件 SolidWorks 建立箱体模型可视化的基础上 ,进行了可靠性分析,确定系统分析流程、系统部件和系统风险元素,从而得出可靠性结构为布尔串联结构,并简化了系统非风险元素,使可靠性分析中的计算更加简单。 通
6、过可靠性分析,计算得出的二级圆柱直齿减速器的可靠度较低,为此通过可靠性设计提高其可靠度。通常在机械产品可靠性设计中,要提高其可靠度,并达到机械产品结构和性能的最优,需要把机械优化设计思想贯穿于可靠性设计过程中,对二级圆柱直齿减速器进行可靠性优化设计,是在满足齿轮强度、可靠度和其它性能规格的条件下,使减速器体积最小、重量最轻。随着国家对机械制造业的重视，重大装备国产化进程的加快以及城市改造、场馆建设等工程项目的开工，减速机市场前景看好，整个行业仍将保持快速发展态势，郑州工业应用技术学院毕业设计 二级圆柱直齿减速器的三维实体设计及运动仿真尤其是齿轮减速机的增长将会大幅度提高，这与进口设备大多配套采
7、用齿轮减速机有关。据初步统计，减速机用量比较大的行业主要有：电力机械、冶金机械、环保机械、电子电器、筑路机械、化工机械、食品机械、轻工机械、矿山机械、输送机械、建筑机械、建材机械、水泥机械、橡胶机械、水利机械、石油机械等，这些行业使用减速机产品的数量已占全国各行业使用减速机总数的 60%70%。Solidworks 在机械设计领域应用广泛，具体是应用在机械造型 设计和机械工程设计当中，通过将造型设计和机械设计出工程图 结合，有效将设计思路合为一体，快捷高效。Solidworks 主要应用 于汽车、模具、工程机械、起重机、纺织机械等设计中。利用 Solidworks 三维建模 ,建立了可靠性优化
8、设计数学模型,利用 Solidworks 优化求解工程实际问题,进行可靠性优化设计计算。计算得出的系统可靠性优化结果表明,减速器在规定时间内运行时,可靠度达到 99%,减速器的体积减小 6.3%,使减速器的结构更紧凑,便于整机装配,体现了可靠性优化设计的效益。郑州工业应用技术学院毕业设计 二级圆柱直齿减速器的三维实体设计及运动仿真1 总体方案设计1.1 设计任务书本设计以带式传动机装置的减速器实例为设计任务。带式输送机传动装置设计传动特点：传动机构不对称设计，轴的所受载荷分布不均，要求轴有较大的强度。结构特点：二级圆柱直齿减速器采用齿轮传动为基础，传动效率在=0.930.98 之间，传动效率高
9、，结构紧凑。组成特点：该机构的组成包括齿轮、轴承、联轴器、电机、工作部分（卷筒）组成。1.2 工作条件单项传动。连续工作 有轻微震动。起动载荷为公称载荷的 1.4 倍。每天工作 16 小时 寿命 5 年，大修 2 年，每年按 300 个工作日计算。1.3 原始数据带传动拉力 F=2200N输送带速度 V=0.9m/s卷筒直径 D=300mm1.4 选择电机查机械设计手册得传动机构各部分的传动效率 联轴器 1=0.99郑州工业应用技术学院毕业设计 二级圆柱直齿减速器的三维实体设计及运动仿真一对轴承传动效率 2=0.99一对圆柱齿轮传动效率 3=0.98工作机传动效率 4=0.96传动机构总效率w
10、=1234 k w=0.990.990.980.990.96=0.868工作机所需功率= 1000 =22000.910000.96=2.0625 电机所需输出功率=2.06250.868=2.376kw确定电动机的转速卷筒轴的工作转速为=601000 =6010000.9300 =57.29/查机械设计手册二级圆柱齿轮传动比分配表图 1.1 展开式二级圆柱减速器传动比分配图展开式二级圆柱减速器的传动比合理范围 i=840故电机转速的可选范围为郑州工业应用技术学院毕业设计 二级圆柱直齿减速器的三维实体设计及运动仿真nd=inw=(840)57.29r/min=4581718.7r/min符合这
11、一范围的同步转速有 1500r/min 和 1000r/min。优先选用同步转速1000r/min 的电动机。查机械设计手册选定电动机型号为 Y132S-6。主要性能。电动机型号额定功率/kw满载转速起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩电动机轴伸出端直径/mm电动机伸出端安装长度/mm电动机中心高度/mm电动机外形尺寸长宽高/mmY132S-6 3 960 20 38k6 80 132 4752803151.5 分配传动比传动比分配得合理，可使传动装置得到较小的外轮廓尺寸和较轻的重量，以实现降低成本和结构紧凑的目的；也可以使传动零件获得较低的圆周速度以减小运动载荷或降低传动精度等级；还可以得到
12、较好的润滑条件。由选定的电机满载转速 nm 和工作机主轴转速 nw，可得传动装置的总传动比为=i=i1i2=96057.29=16.75二级展开式圆柱齿轮减速器 i1=(1.31.5) i2，令 i1=1.25i2；i=i1i2=1.25i2=16.75i=3.66i2=4.571.6 计算运动和动力参数1.6.1 各轴输入功率高速轴的输入功率P =P1=3kw0.99=2.97kw中间轴的输入功率P =P12=30.990.990.98=2.88kw低速轴的输入功率郑州工业应用技术学院毕业设计 二级圆柱直齿减速器的三维实体设计及运动仿真P =P123=30.990.98=2.795kw滚筒的
13、输入功率Pw=P1234=30.9940.98=2.767kw1.6.2 各轴转速高速轴的转速n =nm=960r/min中间轴的转速 =1=9603.66=210.06/低速轴的转速 =12= 9603.664.57=57.29r/min1.6.3 各轴输入转矩高速轴的输入转矩=9550Nm=2.97960Nm=29.54Nm中间轴的输入转矩 =9550 = 2.88210.06Nm=130.97Nm低速轴的输入转矩 =9550 =2.79557.29Nm=465.91Nm计算数值表格化轴号 转速 n/（r/min 输入功率 P/(kw) 输入转矩 T/( Nm) 传动比 i郑州工业应用技术
14、学院毕业设计 二级圆柱直齿减速器的三维实体设计及运动仿真）高速轴 960 2.97 29.54 i=4.57中间轴 210.06 2.88 130.97低速轴 57.3 2.795 465.91 i=3.662 传动零件设计2.1 高速级齿轮设计2.1.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数2.1.1.1 传输机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度(GB 10095-88)。2.1.1.2 材料选择，选择小齿轮材料为 40Gr（调质） ，硬度为 270HBS，大齿轮材料为钢（调质）硬度为 230HBS，二者材料硬度相差为 40HBS。2.1.1.3 选择小齿轮齿数 z1=21，所以大齿
15、轮齿数 z2=214.57=96。2.1.2 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算12.32311 ()22.1.2.1 确定公式中的各计算数值试选载荷系数 Kt=1.3。小齿轮的传递的转矩 T1=2.954104Nmm。由表 2.1 选取齿宽系数 =1。装置状况 两支撑相对于小齿轮做对称布置 两支撑相对于小齿轮做不对称布置 小齿轮做悬臂布置 091.4(1.21.9)071.15(1.11.65) 040.6表 2.1 圆柱齿轮的齿宽系数 由表 2.2 查的材料的弹性影响系数 ZE=189.8M 。12配对齿轮材料灰铸铁 球墨铸铁 铸铁 锻钢 夹布塑胶齿轮材料 11.8104 17.31
16、04 20.2104 20.6104 0.785104弹性模量E/MPa郑州工业应用技术学院毕业设计 二级圆柱直齿减速器的三维实体设计及运动仿真锻钢 162 181.4 188.9 189.8 56.4铸钢 161.4 180.5 188球墨铸铁 156.6 173.9灰铸铁 143.7表 2.2 弹性影响系数 ZE由图 2.1 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 =726.3MPa；大齿轮的1接触疲劳强度极限 =560MPa。2图 2.1 齿轮的接触疲劳强度极限 计算应力循环次数N1=60 =609601(163005)=1.38210912=1.3821094.57 =3.025108由图 2.2 取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.97；K HN2=1.02。
