二级斜齿圆柱齿轮减速器测绘及实体建模

1、2007级专科毕业设计论文 第 24 页 共 24 页第1章 绪论1.1 减速器的类型减速器是位于原动机和工作机的封闭式机械传动装置。一般是由封闭在箱体内的齿轮或蜗杆传动或齿轮-蜗杆传动所组成，主要用来降低转速、增大转矩或改变运动方向。由于其传动运动准确可靠、结构紧凑，效率高，寿命长，维修方便，得到广泛的应用。减速器的类型很多，可以满足不同机器的不同要求。按传动类型的不同可分为圆柱齿轮、圆锥齿轮、齿轮蜗杆减速器等；按传动级数的不同分为单级、二级、多级减速器；按传动布置方式不同可分为展开式、同轴式和分流式减速器；按传动功率大小不同可分为小型、中型和大型减速器。1.2 减速器的特点齿轮传动是现代机

2、械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是： 瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力。 适用的功率和速度范围广。 传动效率高，=0.92-0.98。 工作可靠、使用寿命长。 外轮廓尺寸小、结构紧凑。1.3 减速器的基本原理由电机的输出转速从主动轴输入后，带动小齿轮转动，而小齿轮带动大齿轮运动，而大齿轮的齿数比小齿轮多且转速慢，再由大齿轮的轴（输出轴）输出。从而起到输出减速的作用，用于降低速度、增大扭矩的传动装置,被广泛应用于各类机械中,在机械制造业中有着举足轻重的地位。1.4 减速器的发展国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或

3、者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主。在21世纪成套机械装备中,齿轮仍然是机械传动的基本部件。也推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动,将成为变速箱设计中优化传动组合的方向，将成为新型传动产品发展的重要趋势。第2章 减速器的拆卸及测绘2.1 减速器的拆卸顺序减速器的拆卸首先要了解他们的基本结构，其基本结构是由传动零件（如齿轮、蜗轮蜗杆），连接零件（如螺栓、键、销）

4、，支撑零件（如箱体、箱盖）及润滑和密封装置组成。减速器的箱体、箱盖是由几个螺栓连接，先拆下螺栓将箱盖拿走，里边所有的包容零件便展现出来。在从外到里拆卸两根轴及轴系零件便可完成拆卸。装配时把拆卸顺序倒过来即可。2.2 减速器的测绘减速器是由各种零件组成：如上下箱体、输入轴、中间轴、输出轴、一级齿轮副、二级齿轮副、轴承、螺栓、螺母、端盖、纸垫、油封、隔套、甩油环、平键，下箱体的放油孔，以及和大气平衡的气孔等。由于所有零件都要进行实体测会，准备各种测量仪器，减速器的组成部件有多种是标准件只需用游标卡尺测出大概尺寸，根据国标查机械手册即可得到标准件的实际尺寸并绘制实体模型。其非标准件可通过用薄纸压痕法

5、并配合测量工具测出尺寸，在通过各种数学公式、查表和查图获得实际尺寸，最后绘制实体模型。如：上箱体、下箱体、轴、齿轮、端盖等非规则实体。2.3 典型零件的测绘 2.3.1 上箱盖的测绘（1）上箱盖是减速器的一个重要部分，它的作用是与下箱体结合用来支撑和固定零件并和下箱体共同包容轴系零件支撑孔内加工有密封沟槽，与密封件配合起到密封作用。箱体是上下式结构，箱体的结合面处是由上下箱体在相同的位置上均匀布置着相同的螺栓孔和销孔与之连接定位。箱壁上加工有对称的轴承孔，轴承孔里有密封沟槽。上箱盖上设有窥视孔。窥视孔用于检查齿轮传动的啮合情况润滑状态等，机油也由此注入。首先测量上箱体的凸缘部分，用游标卡尺测凸

6、缘底部的长度、宽度、两圆弧与直线相切出的高度、凸缘上斜线的长度。测量两圆的半径时我们用拓印法即用白纸卡在圆弧上印出圆弧痕迹再在圆弧画两条弦线分别画两条弦线的中垂线两条中垂线的交点就是圆心，然后从圆心到圆弧上任意一点的距离就是半径。为了获得较高的精度我们进行多次测量并取其平均数。在测量过程圆弧过程中均用此方法。（2）箱体草图的画法由于箱盖内外结构都比较复杂，因而表达方法也较复杂通常箱盖零件图应选择三个基本视图，主视图的选择应按照齿轮减速工作位置放置，选择外形特征较明显的一面作为投影方向。为表达箱体的内部情况同时有保留外形，故采用几个局部剖视图。俯视图表达箱盖顶部和窥视孔外部形状，以及上箱盖凸缘上

7、的螺纹孔和销孔的分布情况。左视图采用沿主动轴孔轴线、箱体内腔、从动轴孔轴线几个不同位置剖切的阶梯剖视，未能表达清楚的内外细部结构可分别采用较小的局部视图来表达，如窥视孔、销钉等，画图时，零件的一些工艺结构，如铸造圆角、拔模斜度、倒角等都要表达清楚。上箱盖两轴孔中心距尺寸精度要求较高，其尺寸误差直接影响齿轮传动精度和工作性能，采用游标卡尺测量各径向尺寸应与相配合零件的尺寸一致。根据测得的尺寸绘制出二维草图并标注尺寸如下表2.1所示。表2.1 实测尺寸 取整尺寸凸缘的大圆半径 139.6 140 凸缘的斜面长度 219.3 220凸缘的宽度 150.9 151 凸缘的长度 464.4 464大圆与

8、斜面相切的高度 134.1 134小圆与斜面相切的高度 100.8 101凸缘上大的吊耳的高 72.5 72凸缘的吊耳的厚 28.1 28凸缘上大的吊耳的角度 100 100凸缘的大吊耳上圆的直径 59.3 60 大吊耳上圆心距底板一侧的距离 26.4 26大吊耳上圆距底板的距离 99.3 99小吊耳上圆心距底板一侧的距离 76.5 76小吊耳上圆距底板的距离 34.2 34吊耳倒圆角的半径 30.6 30凸缘上窥视孔的长 98.3 98凸缘上窥视孔的宽 89.2 90窥视孔斜板的厚 4.3 4窥视孔斜板的长 220.5 220窥视孔斜板的拔模角度 29.3 30 窥视孔斜板的宽度 130.6

9、 131箱盖的底板长 543.7 544箱盖的底板宽 233.4 233箱盖底板上大圆的直径 13.5 13箱盖底板上小圆的直径 7.8 8箱盖底板上的圆角半径 29.8 302.3.2 斜齿轮的测绘 斜齿轮的测量：首先用卡尺测量斜齿轮的大径，数一下斜齿轮的齿数为83。将齿轮在白薄纸上压一下根据所压出的痕迹测量出螺旋角。 2计算模数 斜齿轮模数的测量；首先用一段线绕斜齿轮一周，用直尺测量出斜齿轮的周长在配合公式算出齿顶圆直径。根据公式依次计算，便可算出大概模数，再由查国标得出标准模数如表2.2所示 表2.2标准模数系列第一系列01 0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5

10、0.6 0.8 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 8 8 10 12 16 2025 32 50 50第二系列 0.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75 （3.25） 3.5（3.75） 4.5 5.5 （6.5） 7 9 （11） 14 18 22 28 36 45注： 1本表适用于渐开线圆柱齿轮，对斜齿轮是指法向模数。2优先使用第一系列，括号内的模数尽可能不用。 第3章Pro/E的简介1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软

11、件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER2000i2。下面就Pro/ENGINEER的特点及主要模块进行简单的介绍。3.1 Pro/E主要特性 3.1.1 全相关性Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失。 数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能。3.1.2 装配管理

12、Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。在中国使用的Pro/E软件都是汉化的，存在很多漏洞、待进一步修复及加强。Pro/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。P

13、ro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上使零件模型及装配模型的全参数化。第4章 减速器的实体建模及强度计算4.1 典型零件实体建模4.1.1 上箱盖三维视图的画法操作步骤如下：1.创建基本几何体（1）启动Pro/E。执行“文件”/“工作目录”命令。单击“新建文件”采用mmns_part_solid模板。（2）单击工具栏的拉伸特征操作，以FRONT面为草绘平面进入草绘界面绘制凸缘部分单击（）完

14、成草绘。在拉伸特征操控板上打击“实体拉伸”按钮（），指定拉伸类型为（）输入拉伸深度为151，单击（）完成拉伸特征如下图4.1。 图4.12.创建连接面 （1）选择FRONT为草绘平面进入特征草绘，绘制一矩形尺寸，指定拉伸深度类型为并输入深度值为14完成特征拉伸。 （2）使用拉伸特征选择TOP平面进入草绘界面根据测的尺寸绘制出挖槽的形状，单击（）选择（）按钮，使用对称拉伸（）按钮后单击去除材料（）按钮，输入拉伸深度133完成拉伸特征如下图 4.2。 （3）单击倒圆角（）按钮，打开圆角操控板，选择“设置”命令。在打开对话框里，激活“设置1”并按住Ctrl选择需要倒圆角的四条边，输入圆角半径30，单

15、击（）完成倒圆角。绘制结果如下图4.2 。 图4.2 3 .创建轴肩及轴承座孔（1）打开拉伸特征操控板选择“位置”“定义”单击凸缘两侧上任意一面进入拉伸特征的草绘界面绘制出二维视图4-3中的轴承座孔部分，单击（）完成草绘。在拉伸特征操控板上单击实体拉伸按钮指定拉伸类型（）后选择上一步矩形实体与凸缘同侧的一面，单击（）完成草绘。（2）重复拉伸特征操作：打开拉伸特征操控板选择“位置”“定义”单击凸缘的另一侧进入草绘界面，用创建图元按钮（）选取上一部中绘制的图形后单击（）完成草绘，在拉伸特征操控板上单击实体拉伸按钮指定拉伸类型（）后选择上一步矩形实体与凸缘同侧的一面，单击（）完成草绘。如下图4-6。

16、（3）重复拉伸特征，选择轴肩的外侧面进入草绘，绘制出需要挖切得三个圆单击（）完成草绘。选择实体拉伸类型（）切除按钮（）后确定完成拉伸如下图4-6。（4）再在凸缘的两测绘制一矩形拉伸长度小于轴肩1mm。如下图4.3（5）再对矩形的两侧倒圆角。 图4.3 4.窥视孔的绘制：（1）使用拉伸特征以凸缘的斜面为参考进入拉伸草绘界面草绘根据尺寸出窥视孔的形状后单击（）完成草绘输入拉伸深度4mm。（2）重复拉伸特征，以上一部拉伸实体的上表面为参照进入草绘，根据测得的尺寸找到相应的位置绘制一矩形后在绘制直径为6.8mm的一个圆单击（）完成草绘后选（）向内槽方向挖切，拉伸长度大于壁厚。单击（）完成拉伸。（3）绘

17、制窥视孔上的螺纹孔。单击（）按钮按住Ctrl键选择孔的中心线和TOP平面，创建出一个新的平面。从工具里选择螺旋扫描（切口），选择新建的平面-正向-缺省进入草绘界面绘制一条直线和一条中心线，单击（）完成。输入节距为1.25。后绘制一等腰三角形界面高为1.3倍的螺距。单击（），单击确定完成螺纹的绘制。（4）见第二步中的圆孔和第三步中的螺纹合并组，单击（）选择方向阵列按住Ctrl键选两个垂直的面孔与孔之间的距离。单击（）完成阵列。图4.4。 图4.4 5.创建吊耳： （1）选择TOP平面进入拉伸草绘界面根据尺寸分别绘制出两吊耳的形状后拉伸28的距离。单击（）完成拉伸。6.倒角，倒圆角，孔的画法 （1

18、）以箱盖的底边为参考进入拉伸草绘界面根据测的尺寸绘出十一个直径为13的圆和直径为8的两个圆，拉伸长度要穿透所经过的实体。 （2）轴肩两侧的孔以其中一侧面为参照草绘出六个孔，拉伸距离要过另一侧单击（）完成拉伸。 （3）根据减速器的实体用倒圆角指令对需要倒圆角的地方进行倒圆角。 减速器的箱盖已绘制完成。下图4.5为绘制实体图形。 图4.54.1.2 斜齿轮三维视图的画法 （1）启动Pro/E,执行“文件”/“工作目录”命令，在打开的“选取工作目录”对话框中选择系统的工作目录。（2）单击“新建文件”按钮（），新建名为“xiechilun.prt”的零件文件，并采用mmns-part-solid模板。

19、 （3）设置参数。执行“工具”/“参数”命令，再打开的“参数”对话框中设置如下参数；M=2，Z=85，ALPHA=20,BETA=9,HAX=1，CX=0.25,X=0,B=40。（4）添加关系。执行“工具”/“关系”命令，在打开的“关系”对话框中添加如下关系式：HA=(HAX+X)*MHF=(HAX+CX-X)*MD=M*Z/COS(BETA)DA=D+2*HADB=D*COS(ALPHA)DF=D-2*HF单击“确定”按钮完成添加关系。（5）单击工具栏中的“基准坐标系”按钮（），在打开的基准坐标系对话框中，选择“原始”选项，激活参照并选择基准坐标系PRT-CSYS-DEF为参照。单击“确定

20、”完成基准坐标系。（6）单击工具栏中的草绘按钮（），在打开的草绘对话框选择FRONT平面为参照平面，单击“草绘”进入草绘界面并绘制四个同心圆。执行“工具”/“关系”命令，在打开的“关系”对话框中添加如下关系式。Sd0=daSd1=dSd2=dfSd3=db单击“确定”完成添加关系。单击（）完成草绘。（7）单击工具栏中的“插入基准曲线”按钮（），在打开的菜单管理器中，曲线选项选择“从方程”，单击完成，得到坐标系选项中“选取”基准坐标系CSO，并在设置坐标系类型选项中选择“笛卡尔。设置”坐标系类型后，在打开的记事本里输入如下关系式：r=DB/2theta=t*45=x=r*cos(theta)+r

21、*sin(theta)*theta*pi/180y= r*sin(theta)- r*cos(theta)*theta*pi/180z=0保存后关闭记事本窗口，单击“确定”完成基准曲线创建。（8）单击工具栏中的“基准点”按钮（），在打开的基准点对话框中，选择“放置”选项，激活参照框并选择基准曲线和分度圆作为参考，单击“确定”完成基准坐点PNTO的创建。（9）单击工具栏中的“基准轴”按钮（），在打开的“基准轴”对话框中，选择“放置”选项激活参照框并选择TOP面和RIGHT面为穿过参考，单击确定完成基准轴A-1的建立。（10）单击工具栏中的“基准平面”按钮（），在打开的“基准轴”对话框中选择“放置

22、”选项，激活参照框并选择基准点PNTO和基准轴A-1为穿过参考单击“确定”完成基准平面DTM1的创建。（11）重复基准平面的创建，在打开的“基准平面”对话框中选择“放置”选项，激活参照框并选择基准轴A-1为穿过参考，DTM1面为旋转偏移参考，偏移角度为90/Z，单击确定完成基准平面DTM4的创建。（12）在模型树上选择第（7）步创建的基准曲线，单击工具栏的“镜像”按钮（）打开镜像工具操控板，激活镜像平面收集器并选择DTM2面为镜像平面，单击完成镜像基准曲线。（13）执行“编辑”/“特征操作”命令，弹出菜单管理器。特征选择“复制”命令，单击完成；复制特征选择“移动”，“选取”，“独立”，单击完成

23、；选取特征选择第（7）步插入的基准曲线，单击完成；选取方向选择“坐标系”并选取基准坐标系CSO为参考，方向为反向，在信息栏弹出的“输入偏距距离”框中输入偏距B,单击完成。在菜单管理器中的移动特征选择“旋转”，选取方向选择“坐标系”并选取基准坐标系CSO为参照，方向为正向。在信息栏弹出的“输入旋转角度BETA”单击完成。单击“完成移动”完成复制渐开线曲线操作。（14）重复第（13）步特征操作命令，复制第（12）步创建的镜像曲线。 （15）选择FRONT为参考平面，RIGHT为参照平面进入拉伸草绘界面，单击“通过边创建图元”按钮（），并以分度圆曲线为参照绘制曲线，单击完成草绘。在拉伸特征操控板上单

24、击“曲面拉伸”按钮（），指定拉伸类型为并输入拉伸深度B，单击完成。（16）单击工具栏中的“拉伸特征”，打开拉伸特征操控板，选择“位置”“定义”命令选择FRONT为草绘平面，RIGHT为参考平面。进入草绘界面。单击以齿顶圆曲线为参考绘制曲线。在拉伸特征操控板上单击“曲面拉伸”按钮（），指定拉伸类型为并输入拉伸深度B，单击完成。（17）执行“编辑”/“投影”命令，打开投影操控板，选择“参照”命令在打开的参照对话框中，选择“投影草绘”。单击“定义”命令，在打开的对话框中选择TOP面为参考，RIGHT面为参照面。单击“草绘”进入草绘界面并绘制一些直线。执行“工具”/“关系”命令。输入：sd1=beta

25、单击“确定”完成添加关系。激活曲面框并选择第（15）创建的曲面为参考，激活方向参照框并选择TOP面为参照单击完成。（19）执行“插入”/“扫描混合”命令，打开扫描混合操控板。选择“参照”选项，激活轨迹框并选择第（18）步创建的投影曲线。剖面控制选择“恒定法向”激活方向参照框并选择基准轴A-1为参照，选择“剖面”选项，激活剖面位置框并选择草绘轨迹的起点为剖面1的位置。单击“草绘”进入草绘界面，绘制齿轮槽的形状。完成草绘。单击“插入”，插入剖面2，激活剖面位置框选择草绘轨迹终点。后进入草绘界面绘制齿轮槽的形状单击完成。在草绘操控板上单击创建曲面按钮（），单击完成。（20）在模型树上选择第（19）步

26、创建的扫描混合特征。执行“编辑”/“实体化”单击（）完成实体化。（21）按住（Ctrl）在模型树选择（19）步创建的扫描混合特征和（20）步的实体化特征，执行“编辑”/“组”命令，将两特征组合成组。（22）选择（21）步在模型树创建的组，单击，在阵列操控板上输入齿数85，阵列成员的角度360/z，单击完成阵列。（23）使用命令，对齿轮进行倒角，用拉伸对齿轮轮毂进行切除。如下图4.6所示。图4.64.1.3 斜齿轮的强度计算 根据传动的工作状况，通常选用常用的封闭式Y（IP44）系列的电动机。由查机械设计手册Y系列（IP44）封闭式三相异步电动机技术数据表选用电动机型号： Y112M-4额定功率

27、： 4 kw同步转速： 1500 r/min满载转速； 1440 r/min由于所选电动机的基本参数可计算出减速器各轴的基本参数如下表：轴 内容 T 1440 6.07 5.18 240 46.3 1.低速级齿轮设计计算（1）齿轮材料、精度等级及热处理的选择；选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为220250HBS；大齿轮材料为45钢（正火），硬度为170210HBS。并设减速器的使用寿命为10年，单班工作。 （2）按齿根弯曲疲劳强度计算 确定有关系数与参数 1）转矩T1 T1=9.55×106×=26.53×103 Nmm 2）载荷系数K 查表10.11 K=1

28、.1 3)已知：小齿轮的齿数Z=16；大齿轮的齿数Z=83，测量的螺旋角。由表10.13查得齿形系数 由表10.14查得应力修正系数 4）许用弯曲应力 按图10.25查 得： 由表10.10查得： 总工作时间 应力循环次数N 由10.26得： 由式10.14得： 由式（10.38）得： 查表10.3取标准模数值5）确定中心距a及螺旋角 （3）校核齿面接触疲劳强度 确定有关系数与参数 1）分度圆直径d 2）齿宽系数由表10.20 选取 齿宽b 取 3）齿数比u 4）许用接触应力 接触疲劳强度接触疲劳寿命系数 ZNT 查文献 图10.27 ZNT3=1.08 ZNT4=1.18接触疲劳强度极限 查

29、图10.24 得 =560Mpa安全系数SH 查表10.10得 SH=1由式10.13得： 故：取许用接触应力。（4）计算低速级齿轮的圆周速v结论在这次的毕业设计的过程中，专业知识得到一次全面的复习和提高。在许多方面都得到了很好的锻炼。在此期间我不仅复习了以往学过的知识，还进一步提高了很多有关Office的基本操作，尤其是Word的很多基本操作，不但我的自学能力也得到了进一步加强，而且也培养了我严肃认真和实事求是的科学态度，这些都超出了完成毕业设计本身的意义。由于时间关系，就没来得急进一步的对该机构进行进一步研究。另外作为对自身提出的要求，在接下来的工作过程中，还需要更多地钻研Pro/E方面的知识，使自己在这方面有更好的突破。在测绘的过程中才知道其实有很多专业知识在课堂上学的不够扎实。测绘时想到画图容易，画图时想到测绘容易。这是好高鹜远的通病。其实很多时候很多事情，只有自己