1、河南科技學院2009屆畢業論文（設計）論文題目：基于SolidWorks的雙極三軸線圓柱齒輪減速器設計 學生姓名：高鵬飛所在院系：機電學院所在專業：機械設計制造及其自動化指導老師：杜家熙 卞平艷完成時間：2009年5月19號摘 要圓柱齒輪減速器在各行各業中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機械傳動裝置。當前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問題。功能強大、易學易用和技術創新是SolidWorks 的三大特點，使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。SolidWo

2、rks 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用?；赟olidWorks的雙級三軸線圓柱齒輪減速器的設計就是根據原始的給定參數，如軸的轉速，工作載荷等，設計計算減速器各個結構的尺寸，繪制出減速器機構的各個相關附件。從而運用實體造型軟件SolidWorks繪制出實體，檢查減速器設計尺寸的合理性，并進行模擬運動仿真。關鍵字：減速器，Solidworks,實體造型AbstractCylindrical gear reducer widely exists in large range of different industries, and is an indi

3、spensable mechanical transmission device. The problem of current reducer is that size, weight, and the transmission ratio is large while the mechanical efficiency is rather low. Powerful, easy-to-use and technological innovation are the three major characteristics of SolidWorks, the Solid Works beco

4、me a leading, mainstream 3D CAD solution. SolidWorks can provide different design programs to reduce errors in the design process and improving product quality. SolidWorks not only to provide such a powerful and at the same time engineers and designers for each, the operation is simple and convenien

5、t, easy to learn and use. SolidWorks bases on three axes of the two-stage design of cylindrical gear reducer is given in accordance with the original parameters, such as shaft speed, work load and so on, all the structural design and calculation of the size reducer，drawing the annex parts of the cyl

6、indrical gear reducer. Thus the solid modeling software is indispensable in inspection of a reasonable size reducer design, and simulation movement.Key words : Cylindrical gear reducer, SolidWorks, simulation movement目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc230963967 1 緒論 PAGEREF _Toc230963967 h 1 HYPERL

7、INK l _Toc230963968 1.1 圓柱齒輪減速器國內外研究現狀 PAGEREF _Toc230963968 h 1 HYPERLINK l _Toc230963969 1.2 實體造型軟件的選擇 PAGEREF _Toc230963969 h 2 HYPERLINK l _Toc230963970 1.3 本文研究的主要內容 PAGEREF _Toc230963970 h 4 HYPERLINK l _Toc230963971 2 減速器的參數設計 PAGEREF _Toc230963971 h 4 HYPERLINK l _Toc230963972 2.1 傳動簡圖說明 PAG

8、EREF _Toc230963972 h 4 HYPERLINK l _Toc230963973 2.2 設計原始數據 PAGEREF _Toc230963973 h 5 HYPERLINK l _Toc230963974 2.3 機構傳動比分配及電機的選擇 PAGEREF _Toc230963974 h 5 HYPERLINK l _Toc230963975 2.6 滾動軸承的選擇 PAGEREF _Toc230963975 h 11 HYPERLINK l _Toc230963976 2.7 軸的尺寸設計 PAGEREF _Toc230963976 h 11 HYPERLINK l _To

9、c230963977 2.7.1 軸1的設計 PAGEREF _Toc230963977 h 11 HYPERLINK l _Toc230963978 2.7.2 軸2的設計 PAGEREF _Toc230963978 h 11 HYPERLINK l _Toc230963979 2.7.3 軸3的設計 PAGEREF _Toc230963979 h 11 HYPERLINK l _Toc230963980 2.7.4 各軸的結構簡圖 PAGEREF _Toc230963980 h 11 HYPERLINK l _Toc230963981 2.8 連接鍵的選擇 PAGEREF _Toc2309

10、63981 h 12 HYPERLINK l _Toc230963982 2.8.1 連接聯軸器2和軸1的鍵 PAGEREF _Toc230963982 h 12 HYPERLINK l _Toc230963983 2.8.2 連接軸2和齒輪2的鍵的選擇 PAGEREF _Toc230963983 h 12 HYPERLINK l _Toc230963984 2.8.3 連接軸2和齒輪3的鍵的選擇 PAGEREF _Toc230963984 h 12 HYPERLINK l _Toc230963985 2.8.4 連接軸3和齒輪4的鍵的選擇 PAGEREF _Toc230963985 h 12

11、 HYPERLINK l _Toc230963986 2.8.5 連接聯軸器4與軸3的鍵的選擇 PAGEREF _Toc230963986 h 12 HYPERLINK l _Toc230963987 3 構件參數校核 PAGEREF _Toc230963987 h 12 HYPERLINK l _Toc230963988 3.1 校核軸承的使用壽命 PAGEREF _Toc230963988 h 12 HYPERLINK l _Toc230963989 3.3 校核鍵的強度 PAGEREF _Toc230963989 h 15 HYPERLINK l _Toc230963990 4 潤滑與密

12、封 PAGEREF _Toc230963990 h 15 HYPERLINK l _Toc230963991 5 減速器附件的選擇及結構簡圖 PAGEREF _Toc230963991 h 16 HYPERLINK l _Toc230963992 5.1 窺視孔及窺視孔蓋 PAGEREF _Toc230963992 h 16 HYPERLINK l _Toc230963993 5.2 放油孔及放油螺塞M18 PAGEREF _Toc230963993 h 17 HYPERLINK l _Toc230963994 5.3:油標M16 PAGEREF _Toc230963994 h 17 HYPE

13、RLINK l _Toc230963995 5.4 通氣孔M12 PAGEREF _Toc230963995 h 17 HYPERLINK l _Toc230963996 5.5 起蓋用螺釘 PAGEREF _Toc230963996 h 18 HYPERLINK l _Toc230963997 5.6 定位銷M10 PAGEREF _Toc230963997 h 18 HYPERLINK l _Toc230963998 5.7 凸緣式軸承端蓋 PAGEREF _Toc230963998 h 18 HYPERLINK l _Toc230963999 5.8 減速器裝配過程 PAGEREF _T

14、oc230963999 h 19 HYPERLINK l _Toc230964000 6 結束語 PAGEREF _Toc230964000 h 19 HYPERLINK l _Toc230964001 致謝 PAGEREF _Toc230964001 h 20 HYPERLINK l _Toc230964002 參考文獻 PAGEREF _Toc230964002 h 211 緒論 圓柱齒輪減速器國內外研究現狀50年代初期，減速器制造僅是按得到的樣機及資料仿制，品種少、結構簡單，未形成系列。沈陽變壓器廠在1953年翻譯了蘇聯圖紙，建立起仿蘇的產品系列并開始試制，并于1956年試制成功仿蘇22

15、0kY油浸絕緣電壓減速器，1958年試制成功仿蘇220kY油浸絕緣電流減速器。此，中國已可以制造05kV220kV各種規格的電流減速器和電壓減速器并形成了系列。958年后開始在仿制產品的基礎上自行設計。沈陽變壓器廠、華通開關廠試制成功l0kV環氧樹脂澆注電流減速器，取代了仿蘇產品。同時對油浸絕緣減速器進行了改型設計，形成了新的減速器系列。0年代后，沈陽變壓器研究所先后組織了多次全國統一設計，完成了05kV干式電流、電壓減速器，l0V澆注絕緣電流、電壓減速器，35kV油浸絕 緣電流、電壓減速器，110kV油浸絕緣電流、電壓減速器新系列的設計、試制，提高了產品的技術性能，使產品更符合中國國內市場的

16、需要。1970年后，我國減速器的整體技術水平有了更大的提高，品種日益增加。沈陽變壓器廠先后又試制成功330kV和500kV油紙絕緣電流減速器。西安電力電容器廠也試制成功500kV電容式電壓減速器。 各減速器制造廠也不斷對產品進行改進和完善，我國已具有當時國際上減速器行業最高電壓等級的產品制造能力。 減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速和增大轉矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。選用減速器時應根據工作機的選用條件，技術參數，動力機的性能，經濟性等因素，比較不同類型、品種減速器的外廓尺寸，傳動效率，承載能力，質量，價格等，選擇最適合的減速器。減速器的類別、

17、品種、型式很多，目前已制定為行（國）標的減速器有40余種。減速器的類別是根據所采用的齒輪齒形、齒廓曲線劃分；減速器的品種是根據使用的需要而設計的不同結構的減速器；減速器的型式是在基本結構的基礎上根據齒面硬度、傳動級數、出軸型式、裝配型式、安裝型式、聯接型式等因素而設計的不同特性的減速器。圓柱齒輪減速器在各行各業中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機械傳動裝置。當前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問題。減速器制造方面，國內目前生產廠家數目眾多，如對各種類型的圓柱齒輪機圓錐圓柱齒輪或者齒輪蝸桿減速機系列產品.在各類專用傳動裝置的開發機制造方面，國內近幾年取得的明顯的進展

18、，如重慶齒輪箱有限責任公司生產的MDH28型磨機邊緣驅動傳動裝置，其最大功率已達7000KW，傳動轉矩達5000KN.m，總重46噸，生產的1700熱連軋主傳動齒輪箱子的最大模數為30，重量達180噸。由杭州前進齒輪箱生產的gwc70/76型1.2萬噸及裝箱船用齒輪箱，傳動功率已達6250KW。由南京高精齒輪股份及重慶齒輪箱生產的里磨系列齒輪箱最大功率已達3800KW，由西安重型機械研究所、洛陽重重齒輪箱、荊州巨鯨傳動機械等開發制造的重載行星齒輪箱系列產品在礦山、冶金、建材、煤炭及水電等行業也都得到了廣泛應用，其中西安重型機械研究所開發的水泥行業輥壓機懸掛系列行星齒輪箱的輸入功率已達1250K

19、W，用于鋁造軋機的行星齒輪箱有司責任公司、杭州前進出論箱、西安重型機械研究所開發的風力發電增速箱系列產品也逐步取代進口產品，廣泛應用于國內風電行業。國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領先地位，特別在材料和制造工藝方面占據優勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。最近報導，日本住友重工研制的FA型高精度減速器，美國Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動原理和結構上與本項目類似或相近，都為目前先進的齒輪減速器。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發展。因此，除了不斷改進材料品質、提高工

20、藝水平外，還在傳動原理和傳動結構上深入探討和創新，平動齒輪傳動原理的出現就是一例。減速器與電動機的連體結構，也是大力開拓的形式，并已生產多種結構形式和多種功率型號的產品。目前，超小型的減速器的研究成果尚不明顯。在醫療、生物工程、機器人等領域中，微型發動機已基本研制成功，美國和荷蘭近期研制的分子發動機的尺寸在納米級范圍，如能輔以納米級的減速器，則應用前景遠大。減速器業涉及的產品類別包括了各類齒輪減速機、行星齒輪減速機及蝸桿減速機，也包括了各種專用傳動裝置，如增速裝置、條素裝置、以及包括柔性傳動裝置在內的各類復合傳動裝置等，產品服務領域涉及冶金、有色、煤炭、建材、船舶、水利、電力、工程機械及石化等

21、行業。其作為傳動機械行業里的一個重要的分支，在機械制造領域中扮演著越來越重要的角色。近幾年，隨著中國產業經濟的迅猛發展，減速器業在國內也取得了日新月異的進步。 實體造型軟件的選擇功能強大、易學易用和技術創新是SolidWorks 的三大特點，使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，設計過程最簡便、最方便的莫過于SolidWorks了。就像美國著名咨

22、詢公司Daratech所評論的那樣：“在基于Windows平臺的三維CAD軟件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市場快速增長的領導者?！痹跓o與倫比的設計功能和易學易用的操作，使用SolidWorks ，整個產品設計是可百分之百可編輯的，零件設計、裝配設計和工程圖之間的是全相關的。強大的繪圖自動化強化性能使得設計師能夠以前所未有的速度從大型裝配件創造產品級的工程圖。新的輕化制圖工具使得用戶無需加載每一個部件到內存就能創建裝配圖。只需拖拽并釋放一個裝配件到工程圖中，用戶就能夠在10秒鐘左右生成包括10,000個組件的裝配件2D圖。許多系統不能創建這樣一個大型裝配視圖。SolidWorks

23、2005 還使得設計工程師第一次能夠為零件種類多、數量龐大和配置復雜的多個項目生成一個單一的材料清單，這是加速設計到生產的一個關鍵環節。其他重要的新的制圖自動化包括自動序號標注、孔匯總表和修訂跟蹤表。省時、提高生產力這樣的特性使得產品看起來更好，性能更佳，在市場上也更受歡迎。沒有任何其他軟件能夠與SolidWorks的性能相媲美，SolidWorks 能夠比與之競爭的2D產品快10倍地生成工程圖注釋也是吸引2D軟件用戶遷移到3D軟件的一個重要原因。SolidWorks 可以動態地查看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進行動態的干涉檢查和間隙檢測。用智能零件技術自動完成重復設計。智能零件技

24、術是一種嶄新的技術，用來完成諸如將一個標準的螺栓裝入螺孔中，而同時按照正確的順序完成墊片和螺母的裝配。鏡像部件是SolidWorks 技術的巨大突破。鏡像部件能產生基于已有零部件（包括具有派生關系或與其他零件具有關聯關系的零件）的新的零部件。SolidWorks 用捕捉配合的智能化裝配技術，來加快裝配體的總體裝配。智能化裝配技術能夠自動地捕捉并定義裝配關系.olidWorks 提供了生成完整的、車間認可的詳細工程圖的工具。工程圖是全相關的，當你修改圖紙時，三維模型、各個視圖、裝配體都會自動更新。從三維模型中自動產生工程圖，包括視圖、尺寸和標注。增強了的詳圖操作和剖視圖，包括生成剖中剖視圖、部件

25、的圖層支持、熟悉的二維草圖功能、以及詳圖中的屬性管理員。使用RapidDraft技術，可以將工程圖與三維零件和裝配體脫離，進行單獨操作，以加快工程圖的操作，但保持與三維零件和裝配體的全相關。用交替位置顯示視圖能夠方便地顯示零部件的不同的位置，以便了解運動的順序。交替位置顯示視圖是專門為具有運動關系的裝配體而設計的獨特的工程圖功能。SolidWorks 提供了無與倫比的、基于特征的實體建模功能。通過拉伸、旋轉、薄壁 特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實現產品的設計。通過對特征和草圖的動態修改，用拖拽的方式實現實時的設計修改。三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑，或為管道、電纜、線和管線

26、生成路徑。通過帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動可控制的相切操作產生復雜的曲面。可以直觀地對曲面進行修剪、延伸、倒角和縫合等曲面的操作。最新版本的SolidWorks 2009提供了一種快速預覽三維輕量化模型的技術，使得大裝配模型的顯示速度進一步提高。同時，支持在設計界面下的真三維顯示效果，達到了以往專門的三維渲染軟件的顯示效果。方便地編輯大裝配件。可以便捷地從大裝配件中選取一部分零部件進行顯示、編輯，進行運動仿真。強化了SWIFT技術。在 SolidWorks 2007 已經推出的Sketch Expert、Mate Expert和Feature Expert的基礎上，又推出了Corner

27、Expert（在復雜的拓撲結構中自動生成合理的圓角）、Tolerance Expert（合理分配公差）和Large Assembly Expert（檢查大裝配是否正確），幫助客戶更加簡便地生產零件和裝配結構。最大限度地減少客戶的重復操作，使用戶在使用過程中，更加專注于設計本身。SolidWorks以往的版本中已經加入了CosmosXpress，讓工程師在設計過程中可以體驗仿真分析的效果。而SolidWorks2008中將提供Cosmos MotionXpress（運動仿真分析）、Cosmos FloXpress和DFMXpress（可制造性的分析）等模塊，使得工程師能夠更好地進行設計驗證。為了

28、更好地滿足設計要求，SolidWorks作為最先進的實體造型軟件成為設計的首選軟件。 本文研究的主要內容基于SolidWorks的雙級三軸線圓柱齒輪減速器的設計就是根據原始的給定參數，如軸的轉速，工作載荷等，設計計算減速器各個結構的尺寸。從而運用實體造型軟件SolidWorks繪制出實體，檢查減速器設計尺寸的合理性，并進行模擬運動仿真。2 減速器的參數設計2.1 傳動簡圖說明電機1通過聯軸器2將動力傳入減速器3,減速器輸出軸通過聯軸器4與開式齒輪6連接把動力傳遞到運輸機的鼓輪7上,從而帶動傳送帶5工作.(圖示輸送帶緊邊在上,向左前進)圖1 1:電動機 2:聯軸器 3:減速器 4:聯軸器 5:帶

29、式運輸機 6:開式齒輪 7:鼓輪 設計原始數據1運輸機鼓輪上的圓周力10000N2運輸機輸送帶速度5m/s3運輸機鼓輪直徑500m4運輸帶速度允許偏差為5%5減速器的設計壽命為5年6工作情況:二班制,連續工作 機構傳動比分配及電機的選擇可知:P w=390625KW查表可知:聯軸器的傳動效率為0.99,軸承的傳動效率為0.99,齒輪的傳動效率為0.92,雙級齒輪減速器的傳動效率為0.95,則:工作機構的總效率.卷筒的工作轉速=D=500mm,V=/s查表可知雙級齒輪傳動比i雙Fd1可知軸承1被壓緊,軸承2被放松 查表知軸承基本額定靜載荷C0=30500N利用線性插值法:e1=(0.0670.0

30、58)/(0.0870.058)e2=(0.0230.015)/(0.0290.015)Fa1=1967.5N , Fa2=648.5N , Fa1/Fr1=0.58e1 Fa2/Fr2=0.391=e2利用線性插值法得:Y1=1.3(0.0650.058)/(0.0870.058)則P=fp(X.FrY.Fa)因為P1P2,所以按P1計算:Lh=1000000/(6057.42)(721000/4409.7)=174423小時實際使用壽命為Lh=536528=29200小時由于 Lh Lh 所以軸承滿足壽命要求 校核的強度在減速器內部的三根軸中,在中間的軸承受載荷最大,只校核它的強度把軸2的

31、受力分解在水平面和鉛垂面上:水平面上FNH1=2964.6N, FNH2=1653.4N,垂直面上FNr1=136.6N , FNr2=1611N圖11 水平面上彎矩圖圖12 垂直面上彎矩圖:圖13 總彎矩圖圖14 扭矩圖ca=(M/W)4(.T/2W)=34.46h=60MPa 校核鍵的強度連接齒輪4與軸3的鍵的強度 L=80mm bh=1610鍵與輪轂槽的接觸高度k=0.5h=5 ,T=698.7 , p=21000/(557pp=110MPa,故安全4 潤滑與密封減速器采用脂潤滑的潤滑方式,潤滑油牌號:HJ-50,密封裝置:擋油環,氈封油圈圖15 擋油環結構簡圖5 減速器附件的選擇及結構

32、簡圖5.1 窺視孔及窺視孔蓋圖16 窺視孔蓋剖視圖圖17 窺視孔蓋上視圖D4=6,A=6,A1=A+(56)D4,A2=0.5(A+A1),B1=箱體頂部寬-（1520）， B=B1-(56)D4,B2=0.5(B+B1),R=5,H根據要求自行設計5.2 放油孔及放油螺塞M18圖18 放油孔剖視圖,S=17,D1=175.3:油標M16圖19 油標結構尺寸圖D=26mm,D1=22mm,d1=4mm,d2=16mm,d3=6mm,h=35mm,a=12mm,b=8mm,c=5mm5.4 通氣孔M12圖20 通氣孔剖視圖D=22mm,D1=,S=17mm,L=23mm,l=12mm,a=2mm

33、,d1=5mm5.5 起蓋用螺釘圖 21 起蓋螺釘剖視圖起蓋螺釘的螺紋長度要大于箱蓋連接凸緣的厚度，釘桿端部要做成圓柱形，加工成大倒角或半圓形，以免頂壞螺紋5.6 定位銷M10圖22 起蓋螺釘剖視圖d=(0.70.8)d2,d3為箱體連接螺栓的直徑，斜度為1：505.7 凸緣式軸承端蓋圖23 軸1軸2軸承端蓋圖24 軸3軸承端蓋D0=D+2.5d3,D2=D0+2.5d3,e=1.2d3,D4=D-(1015)mm,b=(510)mmD為軸承外徑 減速器裝配過程對于軸的裝配要先把鍵打入相應的鍵槽中,接著安裝對應的齒輪,然后安裝擋油環,軸承.有必要的還要安裝密封氈圈.裝配減速器箱座時應先在其一側

34、安裝軸承端蓋用來定位各軸.然后把各軸裝配在對應的各個軸孔中,最后把另一側的軸承端蓋安裝上.用螺栓把箱座與箱蓋裝配完后應安裝油標,窺視孔蓋,通氣孔等附件.6 結束語本文詳細介紹了雙級三軸線圓柱齒輪減速器的設計過程，在設計過程中，詳細介紹了各個機構參數的每一個過程，即使不是很精通的也能很快，很清晰地理解減速器設計的特點。在利用SolidWorks進行實體造型上，可以通過改變草圖中的相關尺寸，生成一系列的實體圖，并且結合軟件的干涉檢查自動找出不足之處，很大程度上使設計更加簡便。在裝配過程中采用SolidWorks軟件可以方便、快捷的完成減速器運轉的動畫演示，同時SolidWorks軟件還可以對減速器

35、機構的各個零件進行爆炸演示，這樣可以大大提高演示效果，也提高了可欣賞性和藝術性，既方便了演示又可使觀看者很容易理解裝配過程。致謝本論文是在指導老師杜老師和卞老師的悉心指導和幫助下完成的，從軟件的學習、減速器結構參數的分析、機構構件的設計以及裝配過程中問題的解決指導老師都給予了殷切指導和關注，并提出許多中肯的建議，使論文和模擬演示得以最終完善。指導老師學識淵博，治學嚴謹，開拓進取、責任心強，畢業設計期間，我除了學到許多專業知識外，還從導師身上學到對工作高度負責的精神和對知識一絲不茍的態度。所有這些都將使我受益終生。在此，我要衷心感謝我的指導老師，感謝他們在指導我做畢業設計期間對我們無私的關懷和耐心細致的指導，同時，也衷心的感謝在畢業設計期間關心、支持、幫助過我的全體同學！并向他們致以崇高的敬意！參考文獻1 宋愛平CAD/CAM技術綜合實訓指導書機械工業出版社,20062 王隆太機械CAD/CAM技術機械工業出版社,20043 曹巖,趙汝嘉So