閉式雙級圓柱齒輪減速器的設計【F=2400N V=0.75ms D=350mm】【帶式運輸機出動裝置中的雙級圓柱齒輪減速器】【說明書+CAD】
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機械設計課程設計
計算說明書
設計題目：閉式雙級圓柱齒輪減速器
帶式運輸機出動裝置中的雙級圓柱齒輪減速器
設計圖例：
設計要求：
單班制工作三年，載荷平穩(wěn)，小批量生產(chǎn)。
設計基本參數(shù)：
組號
2
滾筒圓周力（N）
2400
傳送帶速度（m/s）
0.75
滾筒直徑（mm）
330
目錄
一、 選擇電動機……………………………………………………………………………… 4
二、 計算、分配傳動比……………………………………………………………………… 4
三、 運動參數(shù)計算…………………………………………………………………………… 4
四、 各級傳動零件的設計計算……………………………………………………………… 5
1選定齒輪材料、熱處理及精度……………………………………………………………
2高速級斜齒圓柱齒輪設計計算……………………………………………………………
3低速級直齒圓柱齒輪設計計算……………………………………………………………
五、 軸的設計…………………………………………………………………………………
項目－內(nèi)容
設計計算依據(jù)和過程
計算結(jié)果
一、 選擇電動機
1、選擇
2、計算電動機容量
二、計算、分配傳動比
1、滾筒轉(zhuǎn)速
2、總傳動比
3、分配傳動比
三、運動參數(shù)計算
1、運動和動力參數(shù)計算
Y型三相異步電動機，電動機額定電壓380伏，閉式。
查手冊取機械效率：
=0.96，=0.97，=0.99，=0.99
=0.96
（其中，各機械效率值分別對應依次為閉式齒輪傳動8級精度，滾子軸承，齒輪聯(lián)軸器）
輸出功率：
傳動裝置的總效率為
電動機所需功率：
=
滾筒轉(zhuǎn)速：
總傳動比：
分配傳動比： 取
齒輪減速器
；
0軸（電動機軸）
T
1軸（高速軸）
rpm
查手冊取Y100L1-4型三相異步電動機
額定功率2.2 kw
滿載時，轉(zhuǎn)速為1420rpm；電流為6.8A；效率為
82.5%；功率因數(shù)為0.81
2軸（
3軸（低速軸）
P
4軸（滾筒軸）
各種運動和動力參數(shù)
軸名 功率P/kw 轉(zhuǎn)矩T/N 轉(zhuǎn)速n(rmp) 傳動比i 效率
輸入 輸出 輸入 輸出
電動機軸 2..18 14.67 1420
1 0.99
1軸 2.16 2.14 14.53 14.38 1420
3.906 0.96
2軸 2.07 2.05 54.38 53.84 363.54
2.79 0.96
3軸 1.99 1.97 145.85 144.39 130.3
3 0.95
滾筒軸 1.89 1.87 415.60 407.09 43.43
四、各級傳動零件的設計計算
a、選定齒輪材料、熱處理及精度
(1) 齒輪材料及熱處理
(2) 齒輪精度
b、高速級斜齒圓柱齒輪設計計算
1、初步設計齒輪傳動的主要尺寸
(1) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
(2)確定齒數(shù)
(3) 初選齒寬系數(shù)
(4) 初選螺旋角
C低速級齒輪傳動的設計及強度校合
(8) 螺旋角系數(shù)
(9) 彎曲許用應力
(10) 計算模數(shù)
(11) 初算主要尺寸
(12) 驗算載荷系數(shù)
c、低速級直齒圓柱齒輪設計計算
六、 輸出軸校核
七、 深溝球軸承
1． 軸承設計
2． 軸承校核
3． 軸承壽命計算
八．鍵的校核
高速級大小齒輪均選用硬齒面漸開線斜齒輪
低速級大小齒輪均選用軟齒面漸開線直齒輪
高速級大齒輪（整鍛結(jié)構(gòu)）材料為40鋼，調(diào)質(zhì)，硬度為220~286HRC；小齒輪材料為40鋼，調(diào)質(zhì)淬火，表面硬度為40~50HRC，有效硬化層深0.5~0.9mm。
低速級大齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為220~286HB；小齒輪材料為40鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為40~50HB。
根據(jù)圖9.55和圖9.58，
齒面最終成形工藝為磨齒。
按GB/T10095-1988，8級，齒面粗糙度，齒根噴丸強化，裝配后齒面接觸率為80%。
傳動比誤差
允許
非對稱布置，=0.6（表9.16）
初定螺旋角
當量齒數(shù)
初算中心
修正螺旋角
分度圓直徑
齒寬
齒寬系數(shù)
傳動比誤差
，
允許
非對稱布置，由表9.14查得=0.6
使用系數(shù) 表9.11查得=1.0
動載荷系數(shù) 估計齒輪圓周速度v=1.09m/s
由圖9.44查得=1.08
齒向載荷分布系數(shù) 預估齒寬b=40mm，由表9.13查得=1.172，初取b/h=6，再由圖9.46查得=1.14
齒間載荷分配系數(shù)，由表9.12查得==1.2
載荷系數(shù)K
K=
=
由圖9.53查得：=2.43，=2.18
由圖9.54查得：=1.67，=1.79
重合度為
則重合度系數(shù)為
安全系數(shù)由表9.15查得（按高可靠度）
小齒輪應力循環(huán)次數(shù)
大齒輪應力循環(huán)次數(shù)
由圖9.59查得壽命系數(shù)，
實驗齒輪應力修正系數(shù)，
由圖9.60預取尺寸系數(shù)
許用彎曲應力
=
=
比較與，
取==0.014
初算中心距
分度圓直徑
齒寬
齒寬系數(shù)
圓周速度
可查得各載荷系數(shù)均不變，即K=1.48不變
故無需校核大小齒輪齒根彎曲疲勞強度
其中，=1.0，=1.08，=1.2，=1.172
K=
=
材料彈性系數(shù)，
由表9.14查得=189.8
節(jié)點區(qū)域系數(shù)，由圖9.48查得=2.5
重合度系數(shù)，由圖9.49查得=0.8667
試驗齒輪的齒面接觸疲勞極限
壽命系數(shù)，由圖9.56查得，
工作硬化系數(shù).13
尺寸系數(shù)，由圖9.57查得
安全系數(shù)，由表9.15查得
則許用接觸應力
取
分度圓直徑
，
標準中心距
嚙合角
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
選擇軸材料為45鋼、調(diào)質(zhì)處理，硬度為217~255HBS。由表19.1查得對稱循環(huán)彎曲
許用應力。
據(jù)式19.3取，由表19.3選參數(shù)A=126，得：
因為軸端開鍵槽會削弱軸的強度，又因為電動機的規(guī)格和聯(lián)軸器的特性，故取軸的直徑為25mm
根據(jù)軸上的齒輪、軸承、軸承蓋、圓盤等零件的裝配方向、順序和相互關系，周上零件的布置方案如下：
根據(jù)軸的受力，選取7206C角接觸球軸承，其尺寸為，與其配合軸段的軸徑為25mm，左端軸承采用軸肩定位，由手冊確定軸肩處的直徑為36mm，配合段長度14mm，右端采用軸套作軸向定位。
取齒輪安裝段直徑36mm（連軸齒輪），為了便于裝配，端部采用錐面導向結(jié)構(gòu)。
因為軸的公稱直徑在大于22~30的范圍內(nèi)所以鍵選，鍵長為50。
選擇軸材料為45鋼、調(diào)質(zhì)處理，硬度為217~255HBS。由表19.1查得對稱循環(huán)彎曲
許用應力。據(jù)式19.3取，由表19.3選參數(shù)A=126，得：
因為軸端開鍵槽，會削弱軸的強度，故取軸的直徑為25mm
根據(jù)軸上的齒輪、軸承、軸承蓋、圓盤等零件的裝配方向、順序和相互關系，周上零件的布置方案如下：
根據(jù)軸的受力，選取7205C角接觸球軸承，其尺寸為，與其配合軸段的軸徑為25mm，左端軸承采用軸肩定位，由手冊確定軸肩處的直徑為36mm，配合段長度14mm，右端采用軸套作軸向定位。
從左至右（兩個齒輪）取齒輪安裝段直徑36mm，35mm，配合為H7/r6，配合段長應比齒輪寬略短，從左至右（兩個齒輪）取36mm、35mm，為了便于裝配，端部采用錐面導向結(jié)構(gòu)。
用于周向定位大斜齒輪采用的平鍵尺寸為，取軸端倒角為，按規(guī)定確定各軸肩的圓角半徑，鍵槽位于同一軸線上，按彎扭合成校核軸的強度，合格。
許用應力。據(jù)式19.3取，由表19.3選參數(shù)A=126，得：
因為軸端開鍵槽，會削弱軸的強度，故取軸的直徑為36mm
根據(jù)軸上的齒輪、軸承、軸承蓋、圓盤等零件的裝配方向、順序和相互關系，周上零件的布置方案如下：
根據(jù)軸的受力，選取7210C角6207深溝球軸承，其尺寸為，與其配合軸段的軸徑為42mm，左端軸承采用軸肩定位，由手冊確定軸肩處的直徑為46mm，配合段長度12mm，右端采用軸套作軸向定位。
取齒輪安裝段直徑37mm，配合為H7/r6，配合段長應比齒輪寬略短，取40mm，為了便于裝配，端部采用錐面導向結(jié)構(gòu)。
用于周向定位大直齒輪采用的平鍵尺寸為，取軸端倒角為，按規(guī)定確定各軸肩的圓角半徑，鍵槽位于同一軸線上，按彎扭合成校核軸的強度，合格。
1、 選用軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)制處理，硬度為217~255HBS，根據(jù)軸的常用材料及其主要力學性能知許用疲勞應力[] =180~207MPa。
2、 初選計算軸徑
因為軸端裝鏈輪需開鍵槽，故取軸的直徑為36mm。
3．按彎扭合成校核軸的強度。
軸上受力分析
齒輪圓周力
齒輪的徑向力
3．計算作用在軸上的支反力
C截面處：
B截面處：
所以C截面是危險截面。
?。▽嵭妮S考慮鍵槽影響）
選用6208深溝球軸承， 安裝尺寸
由表17.8得（軸承所受載荷平穩(wěn)）
因為它是一對之齒輪所以
由表17.7查
則
所以軸承6208符合。
設載荷分布均勻
由
內(nèi)蒙古工業(yè)大學學報 JOURNAL OF INNER MONGOLIA 第 22 卷第 2 期 POL YT ECHNIC UNIVERSIT Y Vol. 22 No. 2 2003 c I | : 1001- 5167( 2003) 02-0153-04 Inner M ongolia Polytechnic University Departm ent of M echanical Engineering T he 11th Sino-Polish Conference on CAD in M achinery Huhhot, China, Oct ober 2002 ZHANGYe College of Mechanical Engineering, Inner M ongolia Polytechnic University, Huhhot, 010062 T HREE-DIM ENSIONAL ENT IT Y M ODEL AND M OVEM ENT EM ULAT ION OF REDUCER BASED ON U G PL ANE Abstract: This article introduces to m odeling for reducer w ith three- dimensional entity by M OSWLING module in the latest edition U G N X of UG softw are, w hich mainly concern w ith model of the main com ponents such as shaft, gear, gear shaft, mount and cover and com plete cor responding assembly. Then, car ry out movement emula- tion for all the assem bly w ith M OT ION module. Keywords: UG; three-dim ensional entity model; reducer; emulation U G is three-dimensional entity model plane which integrates CAD/ CAM / CAE, and is computer aided design, analysis and manufacture softw are w hich is used w idely in the w orld. There are several pr oblem s should be paid attention to in this article: involutes tooth profile m odel of gear teeth, hol- low ing operation of cover w hen modeling, location betw een gear shaft and gear when assem bling. 1Plottinginvolutestooth profileof gearteeth Involutes tooth profile of gear teeth can be plotted with expression in UGq3r. On the other hand, this ar ticle pr ogram for involutes tooth pr ofile of gear teeth w ith V C+ + 6. 0 and save coordi- nate value of tooth pr ofile surface in corr esponding data file, and plot involutes tooth profile of gear teeth using read point fr om file in spline w ith the defined point. Polar coordinates parameter equation of involutes isq4r r k = r bcosnull k nullk = invnullk = tgnullk - nullk make rk and nullk go to x k= r kccosnullky k = rkcsinnullk and spr ead w ith trigonom etric expressions, can get: xk = rbcqcos( nullk+ nullk) + (nullk + nullk) csin(nullk+ nullk )r yk= rbcqsin(nullk+ nullk) - (nullk+ nullk )ccos(nullk + nullk) r Here rk is radius of involutes tooth profile at K point, nullk is angle of involutes at AK segm ent, r b is base radius and nullk is pressure angle at K point. Fig. 1 Fig. 2 Program w ith VC+ + 6. 0 and change (nullk + nullk ) fr om 0 to 180, can get corresponding xk and yk, and save them in corresponding data file jkx. dat. The results like Fig. 1. Inser tCurveSpline in UG main menu , click Through Points button after show ing dia- logue, then the system show dialogue Spline Through Points like Fig. 2. Click Points From File button and select before-mentioned data file jkx. dat, can get corresponding involutes like Fig. 3. Fig. 3 154 = v 2003 M Because tooth thickness and tooth spacew idth of reference cir cle is equality, the opposite center angle of gear teeth and tooth space is equality, then the opposite center angle of half tooth thickness is 1 2c 360 2 z , viz 90 z , here z is number of teeth. XC axis should be rotated nullk+ 90 z and m ake the above nullk expression go to, cor ner is tgnullk- nullk + 90z . Because of the pressure angle of r efer ence circle of standar d gear is 20, so XC axis should be rotated ( tg20- 203. 1415926/ 180) 3. 1415926180+ 90z . Plot a line at XC axis, and select the line as center of m irror and m ir ror involutes w ith Existing Line in M ir ror Through a Line. T he r adius of the angle betw een tooth profile surface and roof is = c* cm 1- sinnulli , here m is module, nulli is nominal pressure angle, c* is bottom clear ance coefficientq2r. At last, can get three-dimensional entity model of gear w ith tr ipping, cornering and str etching. like Fig. 4. Fig. 4 At the sam e method, can get gear teeth involutes tooth profile of gear shaft. 2Someproblemsshouldbepaidattentiontowhen modelingcover Hollow cover after completing the whole model of cover , can get partial entity and cant get the perfect full entity. Here, we use Region in Hollow and change cover into tw o par ts: bearing seat, pr otuberant level and boarding body w hich is connect w ith mount is one par t, the other is another part, and hollow separately. The key point is the two parts cannot Unite before hollow ing and must be United after hollow ing. We think the complicated body should be disintegrated into simple bodies and be hollowed separ ately, then U nite. 155 2 ZHANG YeThree-Dimensional Entity M odel and M ovement Emulat ionll 3Locationof gearshaftand gearwhenassembling Axial location between gear and gear shaft is not confir med w hen they are assembled on mount, so intervening can happen among gear teeth. T here are eight types r estriction in UGq1r, such as Mate, Align, Angle, Parallel, Perpendicular, Center, Distance and T angent, but they all cannot set up mating relation of tw o gears. T herefore, it is necessar y to plot corresponding location surface during the course of entity m odel of gear shaft and gears. Here w e plot centerline of tooth space of gear shaft and centerline of gear teeth and the two lines should be kept parallel each other during the course of assem bly, so the intervening am ong teeth can be avoided. We keep the above tw o lines separately par- allel w ith fr inge lines of mount w ith Parallel restriction relation, so the tw o lines may be parallel mor e. T hereby, gear teeth cannot intervene during the course of engagem ent. We complete three-dimensional entity model of the m ain components of r educer . Then, w e m ake movem ent emulation for it. Fir st, establish movement analysis case, and gear shaft and bearing inside track is link 1, and shaft, gear, fixed-distance loop and cor responding bearing inside track is link2. Then, set up Joint for movement unit, namely set up Revolute betw een gear shaft and gear separate- ly. At last, set up Compound -Gear of revolute1 and 2. Select Kinematic/ Dynamic Analysis in Ani- mation, and input T ime and Step, w e can make movem ent emulation for reducer . Reference: 1 Guangli Zhang, Peng Zhang, Xue Hong, UG18 BASIC TU TORIAL Beijing: publishing company of Qinghua U ni- versity, 2002. 2 Rongtan Feng, Zhuyou Tian. HOW T O COM E TRUE GEAR PAIR THREE -DIM ENSIONAL M ODEL M . Journal of Beijing mechanical t echnical college, 15 book number 4( 2000) 3Chunxiang Dai. EM U LAT ION FOR ENGAGEM ENT OF INVOLUT ES GEAR W ITH U G SOFT WAR J . Ein- corporation of machine and electricity 2001. 02 4Xikai Huang, Wenw ei Zheng. M ACHINE PRINCIPLE ( No. 6) publishing company of higher education, 1989 U G h L 8 _ 張燁 (= v ,= + 010062) K 1 : UG q K UG NX M OSW LING v h L 8 / , 1 , q a a a/ Q 8 a Q 8 # M . K UG M OTION v _ . 1 o M : UG; L 8 ;h ; _ m s | : T H164 D S M : A 156 = v 2003 M
基于 U G 的減速器三維實體模型和運動仿真
張燁
（內(nèi)蒙古工業(yè)大學機械學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010062）
摘要：本文介紹了用UG軟件的最終版UG NX的MOSLING模塊對減速器進行了三維實體造型，主要零件包括軸、齒輪、齒、輪軸、下箱體、上箱體及相應的裝配。最后在UG的MOTION模塊中對裝配模型進行了運動仿真。
關鍵詞：UG；三維實體造型；減速器；仿真
中文分類號：TH16 文獻標識碼：A
UG是三維實體模型于一體的CAD / CAM/ CAE技術及廣泛應用于全球的計算機輔助設計、分析、制造軟件。在這篇文章中有幾個問題應注意的是：漸開線齒齒輪輪廓模型、當操作時鏤空造型的封面、齒輪軸和齒輪之間的裝配時的位置。
1 繪制漸開線齒廓齒輪齒
另一方面齒輪漸開線齒廓齒可在UG〔3〕里的“表達”繪制，這個漸開線齒輪齒牙用VC++ 6.0配置文件的文章保存協(xié)調(diào)方案和相應的數(shù)據(jù)文件中齒廓面價值，并用定義樣條繪制漸開線齒廓齒輪使用“從文件中讀點”。
漸開線極坐標參數(shù)方程是
將和代入和三角函數(shù)表達式的擴展，可得到：
這里的是在K點處的漸開線齒形半徑，是漸開線在AK段得角度，是基圓半徑，是在K點處的壓力角。
圖1 圖2
用VC++ 6.0程序來改變從0到180改變（K+K），可以得到相應的Xk和Yk，并保存相應的數(shù)據(jù)文件jkx . dat，如圖1所示。
在UG的主菜單中有插入→曲線→仿真，單擊“通過點”按鈕會彈出對話框，然后系統(tǒng)顯示如圖2通過點樣條。單擊“從文件中取點”按鈕并且選擇前面提到的數(shù)據(jù)文件jkx . dat，可以得到如圖3中相應的漸開線。
圖3
由于齒厚和參考圓齒空間寬度是相等的，齒輪的齒與齒的空間相對圓心角是相當?shù)?，那么相反的半齒厚中心角是，即，z代表齒數(shù)，XC軸應旋轉(zhuǎn)并且通過的表達式算出，角是由于參考標準齒輪壓力角為，XC軸應該旋轉(zhuǎn)。在XC軸上繪制一條直線，然后選擇這條線作為鏡像的中線，用“已有線”在“鏡像線”來鏡像漸開線，在齒廓面和齒頂?shù)陌霃浇鞘?，m為模數(shù)，是公稱壓力角，是齒底系數(shù)。最后，可以的得到如圖4齒輪的三維實體模型。.
同理，可以得到齒輪漸開線齒輪軸輪廓。
2 當覆蓋建模是有些問題應該得到重視
空心蓋在完成了覆蓋整個模型，可以得到部分實體，不能得到充分完美的實體。此文中，我們利用“空心化”里的“區(qū)域”和將覆蓋分為兩部分：軸承座，突起的水平和寄宿而且可以聯(lián)接在一起的是其中的一部份；其余的是另外一部分，和空心分離的。這關鍵點就是在空洞化之前聯(lián)接，并且必須在空洞化之后。我們認為，復雜的機構(gòu)應當分解為簡單的機構(gòu)，并分別挖空，然后再聯(lián)接。
3 齒輪軸和齒輪裝配時的位置
齒輪和齒輪軸之間的軸向位置當在組裝是去確定的，所以干擾可能發(fā)生在齒間。在UG中，有八種類型的限制，例如：嚙合、對齊、角度、平行、垂直、中心、距離和正切，但他們都不確定兩個齒輪的嚙合關系。因此，有必要在齒輪軸和齒輪的實體模型設計時繪制相對位置。在裝配過程中我們繪制齒輪齒軸中心線與中心線空間齒輪齒和兩行應保持相互平行，所以干擾可避免與齒間。我們一直與邊緣線以上兩行分別平行安裝，帶平行制約的關系，所以，兩直線可能更平行。因此，輪齒在吃過程中不會發(fā)生干擾。
我們完成了減速器三維實體模型的主要組成部分。然后，我們來做它的運動仿真。首先，在建立運動分析的情況下，齒輪軸和軸承內(nèi)圈的作為第一個聯(lián)接；軸、齒輪、已固定距離的環(huán)和相應的內(nèi)圈軸承作為第二聯(lián)接。接著，成立了聯(lián)合運動的單位。即成立了齒輪軸和齒輪之間的分開回轉(zhuǎn)。最后，設置復合齒輪的回轉(zhuǎn)一和二運動。選擇運動學/動力學分析圖畫，并且插入時間和步驟，我們可以得到減速器的運動仿真。
參考文獻：
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