基于Solidworks的减速器的虚拟设计毕业设计.docx
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江西理工大学南昌校区
毕 业 设 计
题 目：
基于Solidworks的减速器的虚拟设计
系 ：
机电工程系
专 业：
机电一体化技术
班 级：
08机电一体化
（2）班学 生：
学 号：
08312253
指导教师：
职称：
副高
摘 要
在现代制造业中，研究开发以产品设计为目标，全过程综合应用CAD及相关一体化集成技术已成为必然趋势，这种趋势有利于提高产品的设计水平，并且缩短科研和新产品开发周期，大幅度提高劳动生产率。
而减速器作为一种重要的动力传递装置，CAD技术被更广泛的应用到减速器设计中去。
本文完成了减速器的机械设计后，利用Solidworks软件的有关命令完成一个一级圆柱齿轮减速器的三维模型及齿轮、轴、箱体等各个零件的三维建模，通过各个零件之间的配合关系加以约束，将各个零件模型装配起来，标准零件由Toolbox导入，装配到减速器实体中去，完成装配体，并利用该软件生成二维工程图，用干涉对零件各个部分进行检查，通过修改配合约束或者尺寸大小，消除零件之间的干涉情况，通过Solidworks软件插件Cosmosmotion的仿真运动功能，检查、优化设计方案，观察齿轮的啮合情况，并在最后输出齿轮啮合的动画。
实现了减速器的运动仿真，完成了减速器在计算机上的虚拟设计。
关键词：
SolidWorks；减速器；三维建模；仿真
ABSTRACT
Inmodernmanufacturingindustry,productdesignistheobjectiveofresearchanddevelopment,thecomprehensiveapplicationofthewholeprocessofintegrationofCADandrelatedintegratedtechnologyhavebecomeaninevitabletrend,whichisconducivetoraisingthelevelofproductdesign,andtoreduceconsumption,andnewproductsdevelopmentcycle,substantialincreaseinlaborproductivity.Thereducerisanimportantdrivingforcetransmissiondevice,therefore,CADtechnologyhasbeenappliedtoawiderrangeofgearboxdesign.
Thepapercompletedthemechanicaldesignofthegearbox,usedSolidWorkssoftwaretocompletethethree-dimensionalmodelofgearboxandgear,shaft,tankandotherpartsofthe threedimensionalmodeling,relatedthevariouspartsandcomponentstotheassemblymodelbyconstraint,importedthestandardcomponentsfromtheToolbox,assembledthereducerentitiestocompletetheassemblyandusedthesoftwaretogeneratetwo-dimensionalengineeringdrawings,partsusedtointerfereinvariouspartsoftheinspection,bymodifyingthesizeconstraintsoreliminatinginterferencebetweenthepartsthroughSolidWorksSimulationsoftwareplug-inmotorfunctionCosmosmotiontocheckandoptimizethedesign,observedthematinggearandthemeshinggearsinthefinaloutputoftheanimation.Therealizationofthemotionsimulationofthegearboxwascompletedbasedonthecomputervirtualdesign.
Keywords:
SolidWorks；gearbox；three-dimensionalmodeling；Simulation
目 录
第一章 引言 1
1.1减速器的概述.
....................................1
1.2计算机辅助设计（CAD）技术发展及应用 2
1.3课题的内容及解决方案 3
1.4各个章节的安排 4
第二章 减速器设计 5
2.1传动方案的选定.
..................................5
2.2电动机的选择.
....................................5
2.3计算总传动比及分配各级的传动比.
..................6
2.4运动参数及动力参数的计算.
........................7
2.5传动零件的设计计算.
..............................8
2.6轴的设计计算及轴承的选择与校核.
.................13
2.7键联接的选择及计算.
.............................21
2.8减速器箱体、箱盖及附件的设计计算.
................22
2.9润滑及其密封.
...................................24
2.10设计小结.
......................................24
第三章 基于SolidWorks的三维建模.
...............25
3.1SolidWorks软件介绍.
............................25
3.1.1对齿轮、轴及小齿轮轴的三维建模.
...............25
3.1.2对箱体、箱盖的三维建模.
.......................30
3.1.3对轴承的三维建模.
............................37
3.1.4对端盖、油标尺、观察盖及通气器的三维建模.
.......39
第四章 减速器的装配和仿真 42
4.1减速器的装配.
...................................42
4.1.1轴承的装配.
...................................42
4.1.2小齿轮轴的装配.
...............................42
4.1.3齿轴轴的装配.
.................................43
4.1.4齿轮轴和箱体的装配.
...........................44
4.1.5箱盖、端盖、观察盖等的装配 44
4.1.6M6、M8螺钉的装配.
..............................45
4.1.7销、螺栓、起盖螺钉的装配.
.......................46
4.2减速器干涉检查.
.................................47
4.3Cosmosmotion插件介绍.
...........................48
4.3.1Cosmosmotion运动仿真.
.........................49
参考文献 51
附录 52
第一章 引言
1.1减速器的概述
减速器原理减速器是指原动机与工作机之间独立封闭式传动装置。
此外，减速器也是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的问转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。
降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速器额定扭矩。
减速器的作用减速器的作用就是减速增矩，这个功能完全靠齿轮与齿轮之间的啮合完成，比较容易理解。
减速器的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减
速器以及它们互相组合起来的减速器;按照传动的级数可分为单级和多级减速器;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥一圆柱齿轮减速器;
按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。
（1）蜗轮蜗杆减速器的土要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输人轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。
但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。
（2）谐波减速器的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。
输入转速不能太高。
（3）行星齿轮减速器行星减速器一般用于在有限的空间里需要较高的转矩时，即小体积大转矩，而且它的可靠性和寿命都比正齿轮减速器要好。
（4）展开式两级圆柱齿轮减速器展开式两级圆柱齿轮减速器是两级减速器中最简单、应用最广泛的一种。
（5）两级圆锥-圆柱齿轮减速器单级圆锥齿轮减速器及两级圆锥-圆柱齿轮减速器用于需要输人轴与输出轴成90D配置的传动中。
（6）同轴式两级圆柱减速器同轴式两级圆柱减速器的径向尺寸紧凑，但径向尺寸较大。
减速器的种类繁多，如今应用于各个领域，总体的发展趋势如下：
①高水平、高性能。
圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高4
倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。
②积木式组合设计。
基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。
③型式多样化，变型设计多。
摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。
齿轮减速器应用范围广泛，例如，内平动齿轮传动与定轴齿轮传动和行星齿轮传动相比具有许多优点，能够适用于机械、冶金、矿山、建筑、轻工、国防等众多领域的大功率、大传动比场合，能够完全取代这些领域中的圆柱齿轮传动和蜗轮蜗杆传动，因此，内平动齿轮减速器有广泛的应用前景。
1.2计算机辅助设计（CAD）技术发展及应用
计算机辅助设计（CADshortforComputerAssistedDesign）始于五十年代末期，至今已经有四十年的历史。
从七十年代以来，CAD产品逐渐成熟，纷纷作为商品进入市场。
由于CAD在产品设计以及工业与产品的竞争中起越来越重要的作为，因而是目前计算机应用中最活跃的领域。
CAD技术的发展与应用已经使设计过程发生了革命性的变化，它为设计者提供了更有效的分析、优化、仿真以及绘图手段，成倍地提高了设计效率和设计质量。
目前，CAD技术已广泛应用于机械、电子、航空航天、建筑、造船、轻工、纺织等部门的工业设计与产品设计中，从中机械、造船、轻工、纺织等部门的工业设计与产品设计中，其中机械、造船、汽车等行业CAD普及率为20%，电子行业CAD普及率为80%，并取得了显著的技术经济效率。
CAD技术作为产品发展和设计的重要手段已在机械工业中得到越来越广泛的应用。
在美国、日本及欧洲等发达国家中、机械CAD技术主要是把人们从丁字尺中解放出来，同时也可利用CAD技术解决众多繁琐的设计和分析计算。
因而机械CAD系统已逐渐成为图形系统为基础，以数据库为核心，以工具系统为支撑和以计算机为应用的集成化系统。
同发达国家相比我国的CAD技术起步较晚，70年代末期和80年代初期，在CAD/CAM方面才有了较大的发展。
但作为一个发展中国家，我国的机械设计水平和质量远远赶不上西方发达国家，大多数工厂还停留在手工计算和手工绘图工作，使设计人员不能投入到创造性工作的集成化的机械CAD系统。
因此,通过引进小花国外先进的CAD/CAM技术，并且立足于国内研究开发集成化的CAD/CAM系统，将成为国内机械行业推广应用
CAD/CAM技术的发展放向。
计算机辅助设计（CAD），利用计算机强大的计算功能和高效率的图形处理
能力，辅助设计人员进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的技术。
计算机辅助设计技术的发展与计算机软硬件技术的发展与工程设计方法的革新密切相关。
计算机辅助设计是利用计算机的快速、准确、灵活的运算能力，以及它的逻辑判断功能，帮助人们:
在设计中少出错误;形成概念设计，进行分析和证明;
进行思考，选择最佳方案:
进行创造性的活动。
计算机图形的输入、生成、显示、修改和输出是计算机辅助设计中最突出的特点和最重要的功能。
它极大地改变
了设计工作的环境和方式，设计者不仅可以用他们最熟悉的图形方式表达设计思想，而且可以通过交互式图形使用软件和各种图形输入输出设备，随意地插入、删除、移动、拼装图形，进行旋转、裁剪、缩放、消除隐线等图形处理。
CAD技术被越来越多的应用到各类机械设计，见到成效。
齿轮减速器也是
CAD注重的对象之一，如此提高了设计的质量和速度，降低了减速器的制造成本，降低设计劳动，适合减速器的研究和更新设计。
1.3课题的内容及解决方案
毕业设计主要完成以虚拟设计中的特征建模技术为核心，以SolidWorks为三维设计平台，实现一级圆柱齿轮减速器的虚拟设计，并通过基于特征建模的虚拟设计和高效虚拟装配实现减速器的虚拟仿真。
解决方案：
（1）设计一级减速器，完成电动机的选择，传动装置运动学动力学计算，传动零件计算、轴、轴承、键的校核计算，联轴器选择。
（2）SolidWorks软件设计部分
Ⅰ.零件三维建模
①轴的设计：
利用插入中旋转命令设计轴，建立基准面。
用切除拉伸铣出键槽，然后对轴倒圆角和倒角。
②箱体设计：
通过利用拉伸、抽壳、拉伸切除和镜像的方法构造箱体以及窥视窗，之后进行钻孔。
③齿轮设计：
利用geartrax自动生成齿轮对。
④标准件设计：
从SolidWorks中的toolbox中导入标准件。
⑤非标准件设计：
利用拉伸和拉伸切除命令构造端盖等。
Ⅱ、将各个模块装配，并检查干涉情况。
利用配合关系约束装配零件，之后进行干涉检查，修改尺寸或配合以消除干涉。
Ⅲ、利用Cosmosmotion实现齿轮的仿真，插入模拟马达，选择旋转方向和速度，观察齿轮的啮合情况，最后导出齿轮运动的动画。
1.4各个章节的安排
为了符合设计流程，章节主要分为四部分：
前言、机械设计、Solidworks建模、装配和仿真、总结和展望。
前言主要介绍计算机辅助设计，减速器的介绍，以及课题要求内容。
机械设计主要围绕机械说明书，从设计要求到尺寸的计算，零件的选
定校核都包含在内。
SolidWorks建模：
利用该软件及插件对各个零件的建模方法步骤上介绍，详述建模过程，并且插入各个零件三维图。
装配和仿真：
主要介绍装配的过程，以及消除干涉，cosmosmotion软件介绍，和运用插件运动仿真，直至最后出数据图和仿真动画的过程。
第二章 减速器设计
2.1传动方案的拟定
设计带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器，如图2.1。
1.工作条件：
使用年限10年，工作为1班制，载荷平稳，单向传动，室内工作。
2.原始数据：
运输带曳引力F=1500N，运输带速度v=1.1m/s,滚筒直径
D=220mm。
图2.1带式输送机传动装置简图
2.2电动机的选择
1.电动机类型选择：
Y系列三相异步电动机。
（1）传动装置总效率η总，
式中，η轴承——Ｖ带轮效率，η联轴器——齿轮效率，η滚筒——滚筒效率。
2.电动机功率选择：
式中，Pd—电动机所需工作效率.
3.确定电动机转速：
式中，n滚筒—滚筒转速。
根据【1】P69表2-5中提供的合理的传动比范围，取V带传动比I=2～4，一级圆柱齿轮传动比Ic=3～6，则合理传动比i=6～24，故电动机转速的可选范围为nd=i*n滚筒=573～2292r/min。
4.确定电动机型号
符合这一范围的同步转速有750r/min，1000r/min，1500r/min。
则由【1】P171表2.11查出三种适合的电动机型号。
表1.1 电动机选择
方案
电动机型号
额定功率
电动机转速
1
Y100L2-4
2.2
1430
2
Y112M-6
2.2
940
3
Y132S-8
2.2
710
综合考虑电动机的转速、价格等，2、3方案的转速低，价格较高，故选取方案1。
2.3计算总传动比及分配各级的传动比
1.总传动比计算
式中，i总——总传动比，n电动机——电动机转速。
2.分配各级传动比
齿轮传动比i齿轮，V带轮传动比i带，取i齿轮=4，
2.4运动参数及动力参数计算
1.计算各轴转速
2.计算各轴功率
3.计算各轴扭矩
2.5传动零件的设计计算
2.5.1皮带轮传动的设计计算
1.确定计算功率 由【2】P137表7-4查得KA=1.2。
式中，Pca——计算功率。
2.确定V带截型
根据PCA及N1查【2】P137图7-11确定用Z型带。
3.确定带轮基准直径
（1）查【2】P138表7-5取小带轮直径dd1=75mm。
1
（2）验算带速v
（3）计算大带轮直径dd2
查【2】表7-5dd2=280mm。
（4）实际传动比
传动比误差
3.确定带长及中心距
（1）初取中心距a0
（2）确定带长Ld
式中，Ld0——初选带长。
查【2】P127表7-2取Ld=1600mm。
（3）计算实际中心距
5.验算包角a1
6.确定V带的根数
查【3】表14.1-13Ka=0.91，查【3】表14.1-15 Kl=1.16，查【3】表14.1-17b
P1=0.35ΔP1=0.03。
7.确定初拉力F0
8.计算带轮轴所受压力Q
2.5.2齿轮传动的设计计算
1.选择齿轮的材料及精度等级
设计的齿轮传动是闭式传动，通常采用软齿面。
（1）小齿轮45钢调质，齿面平均硬度260HBS。
（2）大齿轮45钢正火，齿面平均硬度200HBS。
精度等级：
运输机是一般机器，速度不高，故选8级精度，初选v=2m/s。
2.参数选择
（1）小齿轮齿数Z1=22，大齿轮齿数Z2=i*Z1=88，齿轮传动比u=4。
（2）计算传动误差Δi=0%。
（3）查【2】P75表5-13取ϕd=1（对称布置）。
3.计算小齿轮转矩
中，P——Ⅰ轴功率。
4.确定载荷系数K
（1）使用系数KA 查【2】P66表5-11。
KA=1A
（2）动载系数Kv
查【2】P66图5-10（a） Ka=1.05。
（3）齿向载荷分布系数Kβ 查【2】P68图5-13取。
Kβ=1.29
（4）齿间载荷分配系数Ka
查【2】P69图5-15取Ka=1.22。
（5）载荷系数K
5.按齿面接触疲劳强度设计
（1）求许用接触应力[σH]
查【2】P76图5-23取接触疲劳极限σHim1=700MPa,σHim2=560MPa,
查【2】P77表5-15取安全系SHim1=SHim2=1。
（2）弹性系数 查【2】P71表5-12取ZE=189.8。
（3）节点区域系数 查【2】P71图5-18取。
ZH=2.5
（4）重合度系数Zε
（5）所需小齿轮直径d1
（6）验算圆周速度
（7）修正小齿轮直径
查【2】P66图5-10（a）取Kv′=1.02
7.确定传动尺寸
（1）确定模数m
查【2】P56表5-3取m=2mm。
（2）分度圆直径
（3）中心距a
（4）确定齿宽（4）确定齿宽b1b2
8.齿根弯曲疲劳强度校核
（1）求许用弯曲应力[σF]
查【2】P79图5-26取寿命系数YN1=YN2=1，查【2】P78图5-25取弯曲疲劳极限 σFlim1=290MPa，σFlim2=220MPa，查【2】P79图5-27取尺寸系数YX1=YX2=1， 查【2】P77表5-15取安全系数SFlim1=SFlim1
=1.5。
（2）齿型系数YFa1YFa2 查【2】P73图5-21取YFa1=2.75， YFa2=2.75。
（3）应力修正系数YSa1，YSa2，查【2】P74图5-22取，YSa1
=1.57，YSa2=1.78.
（4）重合度系数Yε
（5）校核齿根弯曲疲劳强度σF
∴故弯曲强度足够。
2.6轴的设计计算
2.6.1从动轴设计
1.选择轴的材料确定许用应力
轴的材料为45钢，调制处理，查【2】P165表9-1。
抗拉强度极限σb=MPa，抗拉屈服极限σs=650MPa，,弯曲疲劳极限b
[σ-1]b=60MPa。
2.按扭转强度估算轴的最小直径
一级齿轮减速器的低速轴为转轴，从结构上考虑，输出端轴径应最小，最小轴径为。
查【2】P170表9-2取C=118。
考虑键槽影响以及联轴器孔径系列标准，取d=32mm。
3.齿轮上作用力计算
式中，T——齿轮作用力，Ft——圆周力，Fr——径向力
4.轴的结构设计
（1）联轴器的选
升级会员 