ug减速箱课程设计说明书.docx

目录一设计任务书1二传动方案的拟定及说明2三计算传动装置的运动和动力参数2四传动件的设计计算3五轴的设计计算11六滚动轴承的选择20七箱体内键联接的选择20八连轴器的选择22九箱体的结构设计22十、减速器附件的选择24十一、润滑与密封24十二、建立二级圆柱齿轮减速器模型25十三、建立减速箱模型38十四、绘制零件工程图40十五、减速箱运动仿真分析41十六、MAGIC处理44十七、SPS450 激光快速成型机进行激光快速成型45十八、设计总结46十九、参考文献46一、设计任务书题目：用于带式运输机传动装置中的展开式二级圆柱齿轮减速器原始数据：输送带的牵引力F（kN）：2.1输送带滚筒的直径D（mm）：450输送带速度V（m/s）：1.4带速允许偏差（）：5使用年限（年）：10工作制度（班/日）：2二、传动方案的拟定及说明：由题目所知传动机构类型为：展开式二级圆柱齿轮减速器。三 计算传动装置的运动和动力参数：1.计算总传动比：由于，故总传动比：2.合理分配各级传动比：为了使两个大齿轮具有相近的浸油深度，应试两级的大齿轮具有相近的直径 3.分配传动比：因为取，此时速度偏差为 ，所以可行。4.各轴转速、输入功率、输入转矩：项 目电动机轴高速轴I中间轴II低速轴III滚筒轴IV转速（r/min759.459.4功率（kW）43.963.803.653.50转矩（Nm）26.526.3141.4586.8562.7传动比115.614.321效率10.990.960.960.94四传动件的设计计算I-II轴高速传动啮合的两直齿轮（传动比5.61）：1 选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。2 精度等级选用8级精度；3 试选小齿轮齿数，大齿轮齿数的；1)按齿面接触强度设计：因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算即 确定公式内的各计算数值：（1） 试选 ；（2） 由图1030选取区域系数；（3） 由表107选取尺宽系数；（4） 由表106查得材料的弹性影响系数；（5） 由图1021d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；（6） 由式1013计算应力循环次数： 由图1019查得接触疲劳寿命系数；（7） 计算接触疲劳许用应力： 取失效概率为1，安全系数，由式（1012）得 2） 计算过程：（1） 试算小齿轮分度圆直径：=2.32=41.36mm（2） 计算圆周速度：（3） 计算齿宽、模数及齿高等参数：齿宽模数m=2.18齿高齿宽与齿比为（4） 计算载荷系数K： 已知载荷平稳，所以取=1；根据v=2.93m/s,8级精度，由图108查得动载系数；对于直齿轮 ；由表10-4 插值法查的8级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，由,查图10-13得，故： （5） 分度圆直径，由式（1010a）（6） 计算模数mm=2.37mm1 按齿根弯曲强度设计：由式(1017) m确定计算参数：1) 由图10-20c查的小齿轮的弯曲疲劳强度极限;大齿轮的弯曲疲劳强度极限2) 取弯曲疲劳寿命系数 3) 计算弯曲疲劳许用应力 取安全系数 ，由式10-12 得： = = = =4) 查取齿型系数和应力校正系数由表10 得 ；5) 计算大、小齿轮的并加以比较= 大齿轮的数值大。6) 计算载荷系数7) 设计计算=1.54 最终结果：=1.542.标准模数选择：由弯曲强度算得的模数优先采用第一系列并就近圆整为标准值，按接触疲劳强度算的的分度圆直径的1)小齿轮齿数 ，取2大齿轮齿数 ， 取=1295.几何尺寸计算：1) 计算中心距：a=152mm2) 计算大、小齿轮的分度圆直径：，计算齿轮宽度： 小齿轮齿宽相对大一点因此 ，3) 结构设计：以大齿轮为例，因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 II-III轴低速传动啮合的两直齿轮（传动比4.32）：1. 选精度等级、材料及齿数(与上面两对齿轮相同)：1） 材料及热处理：选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。2） 精度等级选用8级精度；3） 试选小齿轮齿数，大齿轮齿数的；2. 按齿面接触强度设计：因低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算按式（109）试算，即 4） 确定公式内的各计算数值（1） 试选 ；（2） 由图1030选取区域系数ZH2.5；（3） 由表107选取尺宽系数；（4） 表106查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa（5） 由图1021d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；（6） 由式1013计算应力循环次数： 由图1019查得接触疲劳寿命系数；（7）计算接触疲劳许用应力： 取失效概率为1，安全系数，由式（1012）得： 5） 计算过程：（1） 试算小齿轮分度（2） 圆直径=2.32=73.54mm（3） 计算圆周速度（4） 计算齿宽b及模数mm=3.06齿高齿宽与齿高比（4）计算载荷系数K 已知载荷平稳，所以取=1；根据v=0.99m/s,8级精度，由图108查得动载系数；由于直齿轮 ；由表10-4 插值法查的8级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，；由b/h=8.44，查图10-13得； （5） 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（1010a）得 （6） 计算模数m m=3.25mm3. 按齿根弯曲强度设计：由式(1017) m1） 确定计算参数（1） 由图10-20c查的小齿轮的弯曲疲劳强度极限;大齿轮的弯曲疲劳强度极限（2） 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 （3）计算弯曲疲劳许用应力 取，由式10-12 得 = =310.7Mpa = =247MPa（4）查取齿型系数和应力校正系数由表105 查得；由表105查得；（5）计算大、小齿轮的并加以比较= 大齿轮的数值大。（6）计算载荷系数2) 设计计算m=2.29 最终结果：m=2.294. 标准模数的选择：可取由弯曲强度算得的模数2.29优先采用第一系列并就近圆整为标准值m=2.5mm，按接触疲劳强度算的的分度圆直径的小齿轮齿数，取 大齿轮齿数5. 几何尺寸计算： 1）计算中心距：a=206mm2) 计算大、小齿轮的分度圆直径,计算齿轮宽度： ,小齿轮齿宽相对大一点因此，3) 结构设计：以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。五、轴的结构设计和强度校核：第一部分 结构设计1. 初选轴的最小直径：选取轴的材料为45号钢，热处理为调质。取Ao=112，=3040MPa1轴 15.69mm，考虑到联轴器、键槽的影响，取2轴 27.50mm，取3轴 44.20mm， 取2. 初选轴承：1轴高速轴选轴承为7206C2轴中间轴选轴承为7208C3轴低速轴选轴承为7211C（一）高速轴的结构设计： 1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度：a) 联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为20mm。b) 考虑到联轴器的轴向定位可靠，定位轴肩高度应达2.5mm，所以该段直径选为25。c) 该段轴要安装轴承，考虑到轴肩要有2mm的圆角，则轴承选用7206C型，即该段直径定为30mm。d) 该段轴为齿轮，考虑到轴肩要有2mm的圆角，经标准化，定为40mm。e) 为了齿轮轴向定位可靠，定位轴肩高度应达5mm，所以该段直径选为46mm。f) 轴肩固定轴承，直径为40mm。g) 该段轴要安装轴承，直径定为30mm。 2)各段长度的确定：各段长度的确定从左到右分述如下：h) 该段轴连接联轴器，半联轴器与轴配合的毂孔长度为38mm，该段长度定为34mm。i) 该段取32mm。j) 该段安装轴承，参照工作要求长度至少16mm，考虑间隙取该段为22mm。k) 该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离、轴承与箱体内壁距离（采用油润滑），还有二级齿轮的宽度，定该段长度为90mm。 l) 该段考虑齿轮的宽度，根据齿轮校核，选定该段50mm。m) 该段轴肩选定长度4mm。n) 该段与c段相同取22mm。o) 轴右端面与端盖的距离为10mm。（二） 中间轴的结构设计：1) 拟定轴上零件的装配方案轴的各段直径：a) I段轴用于安装轴承7208，故取直径为40mm。b) II段该段轴要安装齿轮，考虑到轴肩要有2mm的圆角，经强度计算，直径定为46mm。c) III段为轴肩，相比较比II段取直径为58mm。d) IV段安装大齿轮直径与II段相同，直径为46mm。e) V段安装轴承，与I段相同直径为40mm2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度：a) I段轴承安装轴承和挡油环，轴承7208C宽度B=18，该段长度选为28mm。b) II段轴考虑到齿轮齿宽的影响，所以长度为80mm。c) III段为定位轴肩，长度略小8mm。d) IV段用于安装大齿轮，考虑齿宽长度为44mm。e) V段用于安装轴承与挡油环，长度与I相同，为28mm。 （三）低速轴的结构设计：1) 拟定轴上零件的装配方案轴的各段直径a) I段轴用于安装轴承7211C，故取直径为55mm。b) II段该段轴要安装齿轮，考虑到轴肩要有2.5mm的圆角，经强度计算，直径定为60mm。c) III段为定位轴肩，取72mm。d) IV段安装大齿轮直径与II段相同，直径为60mm。e) V段安装轴承，与I段相同直径为55mm。f) VI段直径53mmg) VII段直径与弹性注销选择有关，取LX3，直径为46mm。2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段长度a) I段轴承安装轴承和挡油环，7211C宽度B=21，该段长度选为30mm。b) II段轴考虑到齿轮齿宽的影响，所以长度为76mm。c) III段为定位轴肩，长度略小8mm。d) IV段用于安装大齿轮，考虑齿宽长度为50mm。e) V段用于安装轴承与挡油环，长度与I相同，为28mm。f) VI长度为32mm。g) VII长度与联轴器有关，取56mm。 第二部分 强度校核I高速轴：对于角接触球轴承7206C从手册中可以查得a=14.2mm校核该轴和轴承：=82.8mm =120.0mm =30.8mm轴的最小直径：，轴的抗弯截面系数：作用在齿轮上的力：按弯扭合成应力校核轴的强度：总弯矩：扭矩：45钢的强度极限为，又由于轴受的为脉动循环载荷，所以。所以该轴是安全的，满足使用要求。II中间轴：对于角接触球轴承7208C从手册中可以查得a=17mm校核该轴和轴承：=53mm =70mm =35mm轴的最小直径，轴的抗弯截面系数：作用在2、3齿轮上的圆周力： 径向力：求垂直面的支反力：计算垂直弯矩：求水平面的支承力：计算、绘制水平面弯矩图：求合成弯矩图，按最不利情况考虑：求危险截面当量弯矩：从图可见，m-m,n-n处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数）计算危险截面处轴的直径： m-m截面: n-n截面: 所以该轴是安全的，满足使用要求。III低速轴对于角接触球轴承7211C从手册中可以查得a=20.9mm校核该轴和轴承：=49mm ， =107mm 轴的最小直径：，轴的抗弯截面系数：作用在齿轮上的力：按弯扭合成应力校核轴的强度：总弯矩矩：扭矩：45钢的强度极限为，又由于轴受的为脉动循环载荷，所以。所以该轴是安全的，满足使用要求。六、滚动轴承的选择：I高速轴：轴承7206C， II中间轴：轴承7208C III低速轴：轴承72011C 七、箱体内键联接的选择：代号直径（mm）工作长度（mm）工作高度（mm）转矩（Nm）极限应力（MPa）高速轴无键安装中间轴14936（圆头）46224.5141.46214970 (圆头)46564.5141.424.4低速轴181170（圆头）60525.5586.868.4由于键采用静联接，材料钢，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。八、联轴器的选择：1. 高速轴用联轴器的设计：考虑选用刚性凸缘联轴器GYS2（GB5843-2003），其主要参数如下：材料HT200公称转矩轴孔直径，轴孔长，装配尺寸半联轴器厚2. 连接链轮联轴器的设计计算：选用弹性销柱联轴器LX3（GB5014-2003），其主要参数如下：材料HT200公称转矩轴孔直径 轴孔长， 半联轴器厚九、箱体的结构设计：名 称符号尺寸确定箱座凸缘厚度1.5 15mm箱盖凸缘厚度1.5 12.75mm箱座底凸缘厚度2.5 25mm轴承旁连接螺栓直径0.75 M16箱盖与箱座连接螺栓直径0.50.6 M12连接螺栓的间距150200 160mm轴承盖螺钉直径0.40.5 M10视孔盖螺钉直径0.30.4 M8定位销直径0.70.8 9mm、至外箱壁距离查表5-3 26 22 18mm、至凸缘边缘距离查表5-3 24 16mm轴承旁凸台半径 24 16mm凸台高度图7-2 50mm外箱壁至轴承座端面距离+(58)mm 大齿轮顶圆与内箱壁距离= 15mm齿轮端面与内箱壁距离= 1220mm箱盖肋厚0.85 7.5mm箱盖肋厚0.85 8.5mm轴承盖外径图6-27 =+2.5mm轴承旁连接螺栓距离图 7-2 凸台外径十、减速器附件的选择：1. 通气器：选通气器（一次过滤），采用M181.5。2. 油面指示器：选用游标尺M16。3. 起吊装置：采用箱盖吊耳、箱座吊耳。4. 放油螺塞：选用外六角油塞及垫片M161.5。十一、润滑与密封：1. 齿轮的润滑：采用浸油润滑，II级大齿轮浸油高度约为0.7个齿高但不少于10mm，该大齿轮齿高=2.510mm，所以II级大齿轮浸油高度取=11mm。III级大齿轮浸油高度大于一个齿高小于1/6半径（3.12556.7mm），由于III级大齿轮和二级大齿轮的半径差为39mm。所以大齿轮的浸油深度选为=50mm。大齿轮齿顶圆到油池低面的距离为3050mm，所以选取的油池深度为80mm2. 滚动轴承的润滑：采用脂润滑，并在箱体轴承座箱内一侧装设甩油环。3. 润滑油的选择：齿轮选用L-AN15润滑油。轴承润滑脂选用通用锂基润滑脂ZL14. 密封方法的选取：选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。十二、建立二级圆柱齿轮减速器模型12.1齿轮建模过程1、 调用执行文件，输入参数2、 建立三维图，选“有键槽”3、选择平面创建草图、切除拉伸4、通过镜像特征镜像第4步的特征5、在平面上挖孔、圆形阵列6、完成齿轮建模 12.2其他齿轮建模过程其他齿轮的建模过程跟上述过程很相像，这里就不在说明 12.3轴类零件建模过程1、建立如下草图2、选左下图所示平面为基准面，画好草图后拉伸 3、最后合成轴4、创建基准面，创建键槽。5、求和：将各个体合成一体6、 特征操作：倒角、边倒圆，建模完成。12.4其他两根轴建模过程过程跟上面的输出轴过程差不多。可用旋转画轴。 12.5轴承端盖建模过程1、 完成草图，旋转草图形成体1、 创建基准点, 创建孔2、 倒斜角，边倒圆后，端盖建模完成。12.6其他端盖建模过程1、其他的端盖的建模过程跟上面没有多大的差别，故这里就不再对其进行说明了。共有3种，分别如下图 12.7箱体建模过程1、运用基本体素，创建长方体2、选好基准面，创建草图3、 完成草图并拉伸, 创建壳单元4、 画草图并拉伸6、求和实体，添加边倒圆7、选好基准面，创建草图，然后拉伸8、创建凸台9、镜像特征10、对圆凸台进行拔模11、创建一些基准点和基准平面12、创建肋板，进行矩形阵列13、肋板尺寸不对，通过替换面修正14、 创建沉头孔，然后镜像15、添加螺纹，完成箱体建模12.8箱盖建模过程箱盖的建模过程跟箱体相似12.9套筒建模12.10轴承建模过程 12.11键的建模12.12螺钉、螺栓、螺帽、垫片的调用12.13窥视盘、油塞、游标十三 建立减速箱模型13.1低速轴装配过程1、加入低速轴构件，选择“原点”定位2、装键3、装齿轮4、装套筒, 装轴承13.2其他轴的装配其过程跟上面的低速轴一样：先是键，然后是齿轮，再然后是套筒，最后是轴承13.3箱体的装配13.4箱盖的装配13.5减速箱总装配 5、装上各轴的端盖，可通过镜像装配6、装上高速轴的螺钉：先装一个，再阵列装配，最后镜像装配7、装配螺栓、垫圈、螺母，先装好一组，再阵列装配，最后镜像装配，装配完成十四 绘制零件工程图14.1低速轴工程图绘制过程14.2低速大齿轮零件工程图轴承应力分布图十五 减速箱运动分析15.1进入运动仿真模块打开减速器的装配模型文件，单击“开始”，选取“运动仿真”命令，系统进入运动仿真状态。15.2定义连杆1、定义箱体为固定连杆L0013、定义高、中、低速轴及其上的零部件为连杆L002-L00415.3定义运动副1、定义高速轴旋转副J0022、定义中、低轴为旋转副J003、J0043、添加齿轮副j005、j00615.4创建算法和求解 15.5运动仿真及动画生成15.6生成图像十六、magic处理此部分主要对齿轮、轴等零件进行加工前处理，操作步骤：（1）创建新设备由于实验室没有magics当前设置设备，所以要先创建一个新的设备sps450。使用按钮new machine，创建一个新的设备。该设备默认与开始的设备有同样的属性和参数，根据向导完成下列参数的设定：设定一些设备的综合属性制定生产平台尺寸支撑属性根据用户意愿设定与切片机属性相同的应用布局处理属性制定生产时间计算参数成本预算参数（2）将设备指定为默认设备 在设备列表中选莪该设备，并按默认（default）按钮将其设为默认设备。（3）文本转化将需要进行处理的零件转化为.Stl格式，并另为在相应的文件下。（4）对零件进行magics处理Step1 、load加载零件 Step2、platform显示操作平台Step3、fix wizardfull analysis检查是否存在干涉现象 Step4、translat translate to default position将零件放置在平台合适的位置上（如果摆放位置不合适可以点击pick and place parts键将零件进行手工移动）Step5、geneate support选择支撑，期间可对