基于proe二级减速器设计与运动仿真

宝鸡文理学院机电工程系机械制造及其自动化毕业设计第页，共67页1第1章绪论随着人们生活水平的提高，消费者的价值观正在发生结构性的变化，呈现出多样化与个性化，用户对各类产品的质量，产品的更新换代的速度，以及产品从设计、制造到投放到市场的周期都提出了越来越高的要求。为了适应这种变化，工厂的产品也向着多品种、中小批量方向发展。要适应这种瞬息万变的市场要求，则要求生产更具柔性。传统的批量法则面临这严重的挑战，一场更加激烈的竞争环境正在形成。计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）就是满足这种新的要求而产生的一种新的制造方法。CAD/CAM（计算机辅助设计与制造）技术是一门多学科综合性技术，是当今世界发展最快的技术之一，目前已经形成产业。CAD/CAM等新技术在制造业的应用，对制造业的制造模式和市场形势产生了巨大影响，促进了生产模式的转变和制造业市场形势的变化。CAD/CAM技术的不断发展与完善让越来越多的工厂认同了这种技术，与此同时，市场上出现了越来越多CAD/CAM/CAE一体化设计软件。来自PTC公司的Pro/ENGINEER就是其中最成功的一款设计软件，自1988年问世以来，经过短短十几年时间，就成为全世界最普及的三维设计系统之一，它广泛应用于电子、通信、机械、模具、汽机车、自行车、航天、家电、玩具、等行业。Pro/E集零件设计、造型设计、模具开发、数控加工、钣金设计、机构仿真、逆向工程、有限元分析和产品数据库管理等功能于一体。对加速工程和产品的开发、缩短产品设计制造周期、提高产品质量、减低成本、增加企业市场竞争力和创造能力发挥着重要作用。深受众多大中型企业，研究所和大学亲睐。作为21世纪的机械自动化方向的大学生，掌握并熟练运用先进的设计绘图软件是一门必修的课程。CAD/CAM课程设计给我们提供了这样一个平台。此次设计是机械专业的学生一个必不可少的课程设计项目，它是学生步入公司前的一个模拟设计过程，使学生初步熟悉应用绘图软件进行设计的一般步骤与要求，通过应用先进的绘图软件，再综合所学的专业知识进行产品的初步设计从而达到熟练掌握绘图软件的能力，同时通过此次设计对所学专业知识进行回顾与复习，使学生能够在专业领域达到一个新的高度。此次设计对我们的设计能力以及三维软件宝鸡文理学院机电工程系机械制造及其自动化毕业设计第页，共67页2的运用能力都是一个锻炼。我们应该通过本次课程设计，达到以下目的：1．了解pro/E软件的基本功能；2．熟悉并掌握零件图的绘制方法，能熟练运用拉伸、旋转、扫描、混合、镜像、阵列、孔、壳等功能绘制零件图；3．掌握peo/E中零件装配方法和机构仿真的步骤和方法；4．掌握工程图的创建方法；5．能够通过本次设计达到举一反三的效果；6．再次熟悉机械设计课程设计过程中的步骤、方法及注意事项，培养严谨，认真、踏实的设计作风。宝鸡文理学院机电工程系机械制造及其自动化毕业设计第页，共67页3第2章设计内容此次设计内容为二级齿轮减速器。减速器是指原动机与工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速并相应地增大转速。在某些场合，也有用作增速的装置，并称为增速器。减速器是一种典型的机械基础部件，广泛应用于各个行业，如冶金、运输、化工、建筑、食品，甚至艺术舞台。具有一定的代表性。本次设计具体课体：二级圆锥齿轮减速器。此次设计目的为pro/E基本软件掌握，故设计中不考虑零部件的强度问题。先设输入轴为轴Ⅰ，中间轴为轴Ⅱ，输出轴为轴Ⅲ；又设高速级小齿轮和大齿轮分别为齿轮1、齿轮2，低速级小齿轮和大齿轮分别为齿轮3、齿轮4。宝鸡文理学院机电工程系机械制造及其自动化毕业设计第页，共67页4第3章确定传动方案，选择电动机及计算运动参数3.1方案选择根据传动装置的工作特性和对它的工作要求，并查阅相关资料，可选择两级展开式减速器传动方案，如图所示。传动装置布置图3.2电动机的选择1.计算带式运输机所需功率kwFvp310005.120001000/（——工作机传动效率为1）2.初估电动机额定功率P电动机所需输出的功率kwppwd49.0/3/3.选用电动机宝鸡文理学院机电工程系机械制造及其自动化毕业设计第页，共67页5查表选用Y112M-4电动机，其主要参数如下:电动机额定功率P4kw电动机满载转速mn1440电动机轴伸出端直径28电动机伸出端安装长度603.3传动比的分配及转速校核1.总传动比运输机驱动卷筒转速min/541.95)30014.3/()5.1100060(/)100060(rDvnw总传动比072.15541.95/1420/'wmnni2.传动比分配与齿数比考虑两级齿轮润滑问题，两级齿轮应有相近的浸油深度。参考资料[1]式（2.10）sfii)3.1~2.1(取sfii28.1，总传动比i15.072，经计算高速级传动比392.4fi低速级传动比431.3si因此闭式传动取高速级小齿轮齿数221，大齿轮齿数97392.42212fi齿数比409.422/97/121u低速级小齿轮齿数283大齿轮齿数97431.32834si齿数比464.328/97/342u实际总传动比274.152228/9797/132421uui3.核验工作机驱动卷筒的转速误差卷筒的实际转速28.94274.15/1440/'innmw宝鸡文理学院机电工程系机械制造及其自动化毕业设计第页，共67页6转速误差%5%3.1541.9528.94541.95'，合乎要求3.4减速器各轴转速，功率，转矩的计算1.传动装置的传动效率计算根据传动方案简图，并由资料[1]表（2.3）查出弹性联轴器效率99.018级精度圆柱齿轮传动效率含轴承效率97.02运输机驱动轴一对滚动轴承效率98.03故传动装置总效率904.099.098.097.097.099.043221与估计值相近，电动机功率确定无误。2.各轴功率计算带式运输机为通用工作机，取电动机额定功率为设计功率。高速轴输入功率：kwpp96.399.0411中间轴输入功率：kwpp84.3212低速轴输入功率：P3=p21kw726.323.各轴转速计算高速轴的转速：min/14401rnnm中间轴的转速：1112min.605.326409.4/1440/runn低速轴的转速：113min.278.94274.15/1440/rinn4.各轴转矩的计算：高速轴转矩：mmNnpT10263.261440/96.31055.9109550361131宝鸡文理学院机电工程系机械制造及其自动化毕业设计第页，共67页7中间轴转矩：mmNnpT10282.112605.326/84.31055.9109550362232低速轴转矩：mmNnpT10430.377278.94/73.31055.9331095503363各轴运功动力参数列入下表轴名称功率kw转速min/r转矩mmN高速轴3.96144026.263103中间轴3.84326.605112.282103低速轴3.7394.278377.430103宝鸡文理学院机电工程系机械制造及其自动化毕业设计第页，共67页8第4章齿轮和轴的设计4.1高速级齿轮传动设计计算1.选定齿轮类型、精度等级、材料1）按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB10095-88）(见表10-8)3）材料选择小齿轮材料为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。4）小齿轮齿数221，大齿轮齿数9722.按齿面接触强度设计由设计计算公式（10-9a)进行计算，即3211132.2uuKTddt（1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数5.1t2）高速轴传递转矩mm10263.26313）由表10-7选取齿宽系数1d。4）由表10-6查得材料的弹性影响系数aM218.1895）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa6001lim；大齿轮的接触疲劳强度极限MPa5502lim。6）由式10-13计算应力循环次数91110659.1)830081(114406060hjLn891210762.3409.410659.1fi7）由图10-19取接触疲劳寿命系数95.0;90.021。8）计算解除疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得宝鸡文理学院机电工程系机械制造及其自动化毕业设计第页，共67页9MPaMPaS54060090.01lim11MPaMPaS5.52255095.02lim22（2）计算1)试算小齿轮分度圆直径td1，代入中较小的值。mmmmiikdffdtt023.435.5228.189409.4409.51262635.132.2132.23232112）计算圆周速度v。smsmndvt/242.3/1000601440023.43100060113）计算齿宽bmmmmdbtd023.43023.43114)计算齿宽与齿高之比hb。模数mmmmdmtt956.122023.4311齿高mmmht400.425.2788.9400.4023.43hb5）计算载荷系数根据smv/242.3，8级精度，由图10-8查得动载系数15.1vk；直齿轮，1F；由表10-2查得使用系数1；由表10-4用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，451.1。由778.9hb，451.1查图10-13得4.1F；故载荷系数61.14.1115.11HHVAKKKK6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得宝鸡文理学院机电工程系机械制造及其自动化毕业设计第页，共67页10mmkkddtt050.445.161.1023.4333117）计算模数m。mmdm002.222050.4411，按齿根弯曲强度设计由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为311)(22FSaFadYYkm（1）确定公式内的各计算数值1）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限PaFEM5001；大齿轮的弯曲疲劳强度极限PaFEM3802；2）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数90.01FN,95.02FN;3）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得MPaMPaSKFEFNF42.3214.150090.0111MPaMPaSKFEFNF86.2574.138095.02224）计算载荷系数K。61.14.1115.11FFVAKKKK5)查取齿形系数。由表10-5查得72.21FaY;194.22FaY6)查取应力校正系数由表10-5查得57.11saY；783.12saY7）计算大、小齿轮的FSaFaYY并加以比较01109.042.32157.127.2111FSaFaYY01517.086.257783.1194.2222FSaFaYY宝鸡文理学院机电工程系机械制造及其自动化毕业设计第页，共67页11大齿轮的数值大。（2）设计计算mmm384.1221015