毕业设计（论文）-基于PROE的蜗轮蜗杆减速设计

1、目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295460867 摘 要2 HYPERLINK l _Toc295460868 ABSTRACT3前 言 HYPERLINK l _Toc295460868 4 HYPERLINK l _Toc295460869 第一章 传动系统方案的选择5 HYPERLINK l _Toc295460870 第二章 运动学和动力学的计算6 2.1 HYPERLINK l _Toc295460871 电动机的选择62.2 传动装置的运动和动力参数计算 HYPERLINK l _Toc295460872 72.3 运动和动力参数的计算结果

2、列于下表 HYPERLINK l _Toc295460873 8 HYPERLINK l _Toc295460882 第三章 传动件的设计计算9 3.1蜗杆副的设计计算 HYPERLINK l _Toc295460883 103.2 计算蜗杆传动等其他几何尺寸 HYPERLINK l _Toc295460884 10 3.3 设计参数 HYPERLINK l _Toc295460893 123.4 蜗杆上的作用力 HYPERLINK l _Toc295460894 123.5 蜗轮上的作用力 HYPERLINK l _Toc295460895 12 HYPERLINK l _Toc295460

3、896 HYPERLINK l _Toc295460918 第四章 减速器三维结构设计13 HYPERLINK l _Toc295460919 134.2机盖的设计 HYPERLINK l _Toc295460920 154.3蜗杆的设计 HYPERLINK l _Toc295460921 16 HYPERLINK l _Toc295460922 184.5轴承的设计 HYPERLINK l _Toc295460923 234.6轴承端盖的设计 HYPERLINK l _Toc295460924 274.7其他相关配件的设计 HYPERLINK l _Toc295460925 29 HYPER

4、LINK l _Toc295460929 第五章 减速器装配与仿真36第六章 总结45 HYPERLINK l _Toc295460938 致 谢46 HYPERLINK l _Toc295460939 参考文献47摘 要蜗轮蜗杆减速器用于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。但其设计过程繁琐、周期长、效率低；随着科学技术和国民经济的开展，蜗轮蜗杆减速器的需求量越来越大，且对质量提出了更高的要求，而采用传统的设计方法己远远不能够满足技术开展的需要。 本课题运用强大的三维造型软件PRO/E实现了减速器CAD中典型零部件的三维实体建模及装配仿真。很好的

5、表达了计算机辅助设计的优越点，它高效，便捷的特点得到了淋漓尽致的发挥，不仅使计算，绘图容易许多，也使零件的工艺设计轻松很多。同时，准确的蜗杆还有利于进行后续的装配或和使用，并能很好地表达出计算机灵活、快捷、方便的优点，而且在参数化输入时，界面有友好、方便的交互式对话框，这些都是传统的设计方法所不具有的优点 关键字：减速器，PRO/E，三维建模，运动仿真 ABSTRACT Worm gear and worm reducer for prime mover and work machine or actuator between, the matching speed and transmiss

6、ion torque role in modern machinery are widely. But its design process is trival, cycle is long, low efficiency; Along with the science and technology and development of national economy, worm gear and worm gear reducer is growing demand,and to quality put forward higher request, and the use of the

7、traditional design method has far can not meet the needs of the development of the technology. This topic using powerful 3 d modeling software PRO/Erealized the reducer of typical parts of CAD three-dimensional entity modeling and the assembly simulation. Very good embodies the computer aided design

8、 of the superior point, it efficient, convenient features got the play of incisively and vividly, make not only calculation, drawing easy to many, also make the parts of the process design much easier. At the same time, accurate and worm and thus to conduct the follow-up of the assembly or and use,

9、and could very well reflects the computer flexible, quick, convenient advantages, and in parametric input, the interface is friendly, convenient interactive dialog box, these are the traditional design method does not have the advantage of movement. Key word: reducer, PRO/E, 3 d modeling, simulation

10、 movement 前 言减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置；在少数场合下也用作增速的传动装置，这时就称为增速器。减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，故在现代机措中应用很广。减速器类型很多，按传动级数主要分为：单级、二级、多级；按传动件类型又可分为：齿轮、蜗杆、齿轮-蜗杆、蜗杆-齿轮等。减速器作为一种重要的动力传递装置，在机械化生产中起着不可替代的作用。目前在减速器的设计领域，研究开发以产品设计为目标，全过程综合应用CAD、Pro/E及其相关的一体化集成技术已成为必

11、然趋势。这对于减速器的三维综合设计及模拟仿真，对提高减速器设计技术水平、快速响应市场要求有着十分重要的意义。一 传动系统方案的选择锚链输送机由电动机驱动。电动机1通过联轴器2将动力传入单级蜗杆减速器3，再通过联轴器4，将动力传至输送锚机滚筒5，带动锚链6工作。二 运动学和动力学的计算2.1.1 按工作要求和条件选用Y系列三相异步电动机2.1.2 传动滚筒所需功率Pw =Fv/(1000W)=25000.7/1000锚链工作速度v的允许误差为+5%，所以传动功率的范围为Pw =PW + Pw=1.7291.911KW2.1.3 传动装置效率双头蜗杆传动效率 蜗=0.78 滚动轴承效率每对 联轴器

12、效率 联=0.99 传动滚筒效率 所以：=轴3联2W 蜗电动机所需功率： Pd= Pw/滚筒工作转速： 601000 =601000蜗杆头数为2的传动比i的范围为14100，电动机转速的可选范围为：nd=inw(1427)44.59=624.261203.95r/min根据计算出的电动机容量和转速，查得所需的电动机Y系列三相异步电动机相应的技术参数及传动比的比较情况如下表所示： 方案电动机型号额定功率Ped kw电动机转速 r/min总传动比同步转速满载转速1Y132M-837507102Y132S-6310009603Y100L2-4315001430综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和减

13、速器的传动比，可见第2方案比较适合。因此选定电动机机型号为Y132S-6其主要性能如下表: 位：mm中心高H外形尺寸LAC/2ADHD底角安装尺寸AB地脚螺栓孔直径K轴身尺寸DE装键部位尺寸FGD1324753453152161401238801033382.2 传动装置的运动和动力参数计算1各轴的转速n0=960 r/minn1=n0=960 r/minn2= n r/minnw=n r/min2)各轴的输入功率 P1 =Pd联P2 =P1轴蜗0.78=PW =P2轴联各轴的输入转矩 T0 =9550Pd/n0=9550mT1 =9550P1/n1=9550mT2 =9550P2 /n2=9

14、550mTW=9550PW/nW=9550mn0=960 r/minn1=960 r/minn2r/minnwr/minP1P2PWT0mT1mT2mTWm2.3 运动和动力参数的计算结果列于下表参数电动机轴轴轴滚筒轴转速nr/min输入功率P/KW输入转矩T(Nm)96096023传动比50三 传动件的设计计算3.1.1 选择材料蜗杆：45钢，外表淬火45-55HRC；蜗轮：10-3铝青铜ZCuAl10Fe3，金属模铸造，假设相对滑动速度vs6m/s3.1.2 确定许用应力许用接触应力 H=120MPa许用弯曲应力 F=90MPa3.1.3 参数的选择蜗杆头数 Z1=2蜗轮齿数 Z2=i2=

15、43.06 那么Z2取44使用系数 KA综合弹性系数 ZE=160接触系数Z 取d1/a=0.4 由图12-11得，Z3.1.4 确定中心距a取整：a=185mm假设取m=8,d1=80mm 那么d2=mZ2=448=352mm那么中心距a为3.1.5 验算蜗轮圆周速度v2、相对滑动速度、及传动总效率1蜗轮圆周速度v22导程角 由3相对滑动速度vs 与初选值相符，选用材料适宜4传动总效率 当量摩擦角 原估计效率0.712与总效率相差较大，需要重新验算3.1.6 复核 所以原设计合理3.1.7 验算蜗轮抗弯强度蜗轮齿根抗弯强度验算公式为其中当量齿数所以强度足够3.2 计算蜗杆传动等其他几何尺寸3

16、.2.1 蜗杆相关几何尺寸分度圆直径 齿顶高 全齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 蜗杆螺旋局部长度(因为当m10时，b1加长1525mm，故取b1=130mm;蜗杆轴向齿距 3.2.2 蜗轮相关几何尺寸分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径外圆直径 蜗轮齿宽 轮缘宽度 3.2.3 热平衡计算取油温t=70，空气温度t=20,通风良好，t取15W/(m2),传动效率为0.712；由公式 得：3.3 设计参数1)高速轴 T1=24157Nmm n1=960r/min d1=80mm2)低速轴 T2=401618Nmm n2 d2=352mm3.4 蜗杆上的作用力1圆周力 其方向与力作用点圆周速度方向相反2

17、轴向力 其方向与蜗轮的转动方向相反3径向力 其中n=20其方向力由力的作用点指向轮1的转动中心蜗轮上的轴向力、圆周力、径向力分别与蜗杆上相应的圆周力、轴向力、径向力大小相等，方向相反，即蜗轮上的作用力为：Fa2=Ft1；Ft2=Fa1；Fr2=Fr1四 减速器三维结构设计机座的设计新建jizuo. prt, 取消缺省模块mmns_part_solid，进入绘图界面，以FRONT面作为基准平面，用拉伸和拉伸切除命令创立机座总体的根本形状。作出机座凸缘草绘图并作拉伸。图4-1拉伸作出机座轴承座。用拉伸和拔模命令作出轴承座旁连接螺栓座。图4-2用拉伸切除命令作出机座内腔与轴承座。用筋工具做出机座上的

18、肋并合并成组做镜像特征。用拉伸命令做出机座两侧吊钩。图4-3拉伸作出机座的游标座和放油螺塞并在上面打出相应的孔，在菜单栏选到插入修饰单击螺纹命令，对孔进行螺纹修饰。打出端盖螺钉孔并作阵列，像上一步的命令作相应的螺纹修饰。拉伸切除作出冷却管的进水孔和出水孔。对机座相关局部作出倒角。图4-42、机盖的设计新建零件jigai.prt取消缺省模块mmns_part_solid，进入草绘界面，以FRONT面为基准面，用拉伸、拉伸切除命令创立机盖总体的根本形状。作出机盖凸缘形状并拉伸。用拉伸和拉伸切除命令作出轴承座和内腔。用拉伸与拉伸切除做窥视孔盖的凸缘局部，打出窥视孔盖螺钉孔并作螺纹修饰。用拉伸、拔模命

19、令作出吊环并作镜像。图4-5对机盖的轴承端盖打孔并阵列，最后作螺纹修饰对机盖相关局部作出倒角。图4-63、蜗杆的设计1单击窗口上部工具栏中的“创立新对象按钮，翻开新建对话框，在名称栏中输入“wogan11作为文件名，保持其余默认设置不变，单击确定进入草绘环境界面。2单击窗口右侧快捷工具栏中的“旋转工具按钮，单击其中的草绘按钮，翻开对话框，在窗口左侧的模型树中单击front基准面图标，单击草绘按钮进入进入二维草图绘制界面。3接受系统自动翻开的“参照对话框中的的默认设置不变，直接单击关闭按钮对话框。4分别单击草绘工具栏中的“创立直线，及其按钮列表中的“创立两点中心线按钮，绘制如下列图的封闭折线和旋

20、转轴：图4-75在蜗杆轴上作出相关局部的倒角特征6单击菜单命令“插入螺纹扫描切口，翻开“切剪、螺纹扫描对话框和菜单管理器，以front面作为草绘基准面，绘制如下所示轨迹线和截面，并输入螺距图4-8图4-97单击“切剪：螺纹扫描对话框中的预览按钮，确认无误后再单击确定按钮，系统将自动生成如下列图所示的立体效果。图4-108拉伸切除作出蜗杆轴上的键槽，最后如下列图所示、图4-119做出蜗杆轴上的键图4-124、蜗轮及其蜗轮轴的设计单击窗口上部工具栏中的“创立新对象按钮，翻开新建对话框，在名称栏中输入“wogan11作为文件名，保持其余默认设置不变，单击确定进入草绘环境界面。单击窗口右侧快捷工具栏中

21、的“旋转工具按钮，单击其中的草绘按钮，翻开对话框，在窗口左侧的模型树中单击front基准面图标，单击草绘按钮进入进入二维草图绘制界面。 接受系统自动翻开的“参照对话框中的的默认设置不变，直接单击关闭按钮对话框。分别单击草绘工具栏中的“创立直线，及其按钮列表中的“创立两点中心线按钮，绘制如下列图的封闭折线和旋转轴：图4-13单击确定按钮，作出蜗轮的主体框架，如下列图所示：图4-14单击草绘工具栏里的“创立圆按钮和“创立两点中心线按钮，绘制如下图的圆和中心线，然后单击操控板中的“去除材料按钮，作旋转切除，系统将自动生成如下列图所示的立体效果：图4-15单击菜单命令“插入螺纹扫描切口，翻开“切剪、螺

22、纹扫描对话框和菜单管理器，以front面作为草绘基准面，绘制如下所示轨迹线和截面，并输入节距=39.584。图4-16图4-17单击确定按钮，并作圆周阵列可得到如下列图所示的立体效果。图4-18拉伸切除作出与轴相配合的轮毂孔和腹板上的圆孔图4-19作出相关局部倒角特征打出蜗轮螺钉孔，并如下列图作螺钉孔的螺纹修饰图4-20单击阵列命令作出六个螺钉孔和螺纹修饰，最后作出的蜗轮如下列图所示图4-21以front面作为草绘基准面，绘制如下草图单击旋转命令，得到蜗轮轴的总体局部图4-22用拉伸切除命令分别作出与蜗轮相配合的键槽和小圆柱上的键槽，最后作出的蜗轮轴如图示图4-23作出蜗轮轴上的两个键，并将蜗

23、轮与蜗轮轴、键配合起来，并检查干预图4-245、轴承的设计参数化创立蜗杆的圆锥滚子轴承，型号为30307，零件名称为、zhoucheng_30307绘制零件轴向的截面草图，如下列图示图4-25单击旋转命令，使草绘截面绕轴线旋转一周即可获得轴承外圈三维实体模型的根底特征图4-26查阅?机械设计课程设计手册?查看型号为30307圆锥滚子轴承的各个尺寸进行变量的定义，参数和关系如下所示：图4-27作旋转切除，获得与圆锥滚子相配合所需的空间，草绘和立体效果图如下所示。图5-28图4-29利用旋转命令创立轴承内部的圆锥滚子，并圆周阵列获得全部圆锥滚子。图4-30对轴承进行倒角。利用相同步骤作出蜗轮的圆锥

24、滚子轴承，型号为30211.6、轴承端盖的设计单机右侧工具栏的草绘按钮，以front作为草绘基准面，绘制端盖的根本形状并作旋转，单击确定按钮，得到立体效果图。图4-31图4-32用拉伸切除作出轴孔用拉伸切除作出与端盖螺钉相配合的孔并作圆周阵列图4-33利用旋转切除命令作出与毡封油圈相配合所需的空间对端盖相关局部进行倒角用旋转命令作出毡封油圈。图4-34 用旋转命令作出端盖垫片和挡油板将毡封油圈与轴承端盖配合相同方法作出蜗轮后端盖和蜗杆的前后端盖以及垫片、毡封油圈、挡油板7、其他相关配件的设计冷却管的创立11新建lenglingguan.prt,在菜单栏用插入“螺纹扫描伸出项，作出冷却管螺旋局部

25、12在菜单栏中用插入“扫描伸出项，作出冷却管的其他局部图4-36杆式油标的创立13用旋转命令作出杆式油标的草绘图图4-3714作油标相关的倒角局部在菜单栏用插入修饰螺纹，对油标进行螺纹修饰图4-38通气塞的创立用拉伸、拉伸切除、旋转命令作出通气塞的上部图4-39用旋转命令作出通气塞的下部图4-40用拉伸切除作出通气塞的通气孔在菜单栏用插入修饰螺纹，对通气塞进行螺纹修饰对通气塞倒角图4-41连接螺栓、螺母、垫片的创立用旋转命令作出轴承座旁连接螺栓的总体形状用拉伸切除和旋转命令对连接螺栓头部进行倒角用插入修饰螺纹进行螺栓的螺纹修饰 图4-42 图4-43 用旋转、拉伸切除作出螺母的根本形状对螺母进

26、行螺纹修饰图4-44旋转作出轴承座旁连接螺栓的垫片图4-45用同样方法作出机座机盖的连接螺栓、螺母、垫片起盖螺钉的创立用旋转命令作出起盖螺钉的总体形状图4-46用拉伸切除作出螺钉的头部对螺钉进行倒角对螺钉进行螺纹修饰图4-47窥视孔盖的创立草绘并拉伸做出窥视孔盖,并做倒角图4-48创立窥视孔盖上调整垫片图4-49定位销的创立1用旋转命令作出销的形状图4-50挡油板的创立1旋转命令作出挡油板 图4-51放油螺塞的创立1旋转作出放油螺塞的总体形状，单击确定得到立体效果图。 图4-52 图4-53 2对螺塞做倒角3伸切除作出螺塞的头部 图4-54五 减速器装配与仿真装配wolun1.asm,取消缺省

27、模块-mmns-asm-design,配合的界面点击-wolunzhou.prt- 导入对象点击装配选择wolunzhoupeihe_jian, 选择键的侧面与轴的侧面为配对对象在下拉菜单项选择择约束关系，点击放置添加约束为配对选择键的的底面和键槽的底面为约束工程5、再插入键后，点击对齐，选择键的半圆面和轴键槽的半圆面，点击确定，完成键的导入。完成如下图图5-1继续点击，导入对象wolun1.prt,选择蜗轮轴中心线与蜗轮中心线重合，再把键的侧面和顶面分别和蜗轮配合，轴肩一个面与蜗轮配合对齐将第二个键装入蜗轮轴图5-27、检查干预，发现没有干预9、将蜗杆和蜗轮分别装入机座图5-310、检查干预

28、，发现无干预11、将蜗杆蜗轮的挡油板、轴承分别装入图5-412、将垫片和轴承端盖装入图5-5最后将冷却管、放油螺塞、杆式油标、轴承座旁连接螺栓、视孔盖、螺母、机座与机盖连接螺栓、起盖螺钉、视孔盖螺钉、定位销等分别装入图5-6减速器仿真运动的设计翻开装配组件fangzhen.asm,选择菜单栏中的应用程序-机构选择定义蜗杆蜗轮连接图标，选择运动轴并分别输入分度圆直径图5-7创立伺服电动机设定如下列图：图5-8点选机构分析图标并设置如下：图5-9点击运行后确定点击回放图标，保存仿真运动：AnalysisDefinition1.pbk,如图5-10 2减速器工程图的设计新建绘图-文件名a0.drw,

29、 取消缺省模式-空-横向-标准大小A0，绘图的界面，进行作图操作。绘制A0图纸的边框为841mm5-11点击，导入零件，插入主视图，分别投影得到左试图、俯视图。分别对主视图、左视图和俯视图做剖视图，并进行相关的尺寸标注，编排零部件顺序，插入注释文字。 图5-10 图5-11新建绘图-文件名wogan.drw,取消缺省模式-空-横向-标准大小A2,绘图的界面，进行作图操作。绘制A2图纸的边框为420mm594mm，并插入表格，右键属性绘图选项里把英制尺寸inch改为公制尺寸mm.点击，导入蜗杆零件，插入主视图。进行相关的尺寸标注，编排零部件顺序，插入注释文字。图5-11新建绘图-文件名wolun

30、.drw,取消缺省模式-空-横向-标准大小A2,绘图的界面，进行作图操作。绘制A2图纸的边框为420mm594mm，并插入表格，右键属性绘图选项里把英制尺寸inch改为公制尺寸mm.点击，导入蜗轮零件，插入主视图。进行相关的尺寸标注，编排零部件顺序，插入注释文字。图5-12 六 结 论经过自己的努力，并在李郁老师和同学们的帮助下，我学习到了很多东西，特别是对PRO/E三维设计软件有了更深一步的认识。又一次重温了机械设计的理念和方法，对以前某些不明白的地方有了更为清晰地理解。我发现通过运用PRO/E三维设计软件把自己设计的减速器做出来是一件很不错的事情，我认为这是对自己以往设计理念的一种肯定，更

31、是对自己的一种鼓舞。通过减速器结构的三维设计，开始对PRO/E三维设计软件的熟悉程度和从中学习到的东西是以前所不能比较的，例如工程图的设计和仿真运动是以前实践比较少的局部，经过这次课程设计，有了更加全面的运用。相对以往的课程设计，这次毕业设计是对之前绘图根底、软件熟知运用程度的一种提升。此次毕业设计是机械设计课程的最后一个重要教学环节，也是高等工科院校大多数专业学生较全面的设计能力训练，为我们培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计和有关课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，稳固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。我认为要学好PRO/E软件要做到以下几点：首先就是持之以恒，这也是做任何事成功与否的关键。其次，就是要有一定的制图根底和设计理念，这是学习PRO/E必须具备的条件之一，因为它关联的知识面很广阔。再者