减速器箱体的计算机辅助设计及制造毕业论文.docx

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减速器箱体的计算机辅助设计及制造毕业论文

减速器箱体的计算机辅助设计及制造毕业论文

1引言1

1.1减速器的基本介绍1

1.2减速器的现状与发展趋势1

2减速器箱体的计算机辅助设计与制造2

2.1减速器箱体的结构设计注意事项2

2.2减速器箱体的结构设计8

3齿轮减速器数控加工与仿真模块13

3.1数控加工编程功能简介和数控加工编程流程13

3.2齿轮减速器箱座数控加工与仿真14

4结论18

参考文献19

谢辞20

齿轮减速器箱体的计算机辅助设计与制造

1引言

1.1减速器的基本介绍

减速器在原动机和工作机或执行机构之间起传递转矩和匹配转速的作用，在现代机械中应用非常的广泛。

减速器按用途可分为专用减速器和通用减速器两大类，两者在设计、制造和使用方面各不相同。

　减速器是独立的闭式传动装置，用来增大转矩和降低转速，以满足工作需要，在某些场合也用来增速。

选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数和经济性等多种因素，比较不同类型的减速器的外形尺寸，承载能力，质量，价格等等，选择最适合的减速器。

1.2减速器的现状与发展趋势

70～80年代以来，世界减速器技术有了很大发展，其发展的趋势主要有：

（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，扩大使用围。

促使减速器水平提高的主要因素有：

（1）理论知识的日趋完善，更接近实际（如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、优化设计方法、齿根圆滑过渡、新结构等）。

（2）采用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平提高。

（3）结构设计更合理。

（4）加工精度提高到ISO5－6级。

（5）轴承质量和寿命提高。

（6）润滑油质量提高。

2减速器箱体的计算机辅助设计与制造

2.1减速器箱体的结构设计注意事项

减速器箱体起着支持和固定轴系零件，保证轴系运转精度，良好润滑及可靠密封等重要作用，因此应具有足够的强度和刚度。

箱体多用灰铸铁铸造。

在重型减速器中，为提高箱体的强度，可用铸钢铸造。

单间生产的减速器为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接箱体。

为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体多做成剖分式，有箱座和箱盖组成，剖分面多取轴的中心线所在的屏幕，箱座和箱盖采用普通螺栓联接，圆锥销定位。

下面就以剖分式铸造箱体的设计方案设计箱体。

设计完成的减速器上下箱体分别如图1和图2所示，箱体的整体构造见图3。

图1减速器上箱体

图2减速器下箱体

图3箱体的整体构造

2.1.1轴承座的结构设计

为了保证减速器箱体的支承刚度，箱体轴承座处应有足够的厚度，并且设置加强筋。

轴承座上下设置加强筋（见图4）。

图4轴承座上下设置的加强筋

2.1.2轴承座旁凸台结构设计

凸台的设置可使轴承座旁的联接螺栓靠近座孔，以提高联接的刚性。

（如图5、图6）

图5轴承座旁设置凸台

设计凸台结构要注意下列几个问题：

（1）轴承座旁两凸台螺栓距离S应尽可能靠近，如图6所示。

对无油构箱体（轴承采用油脂润滑）取S〈D2，应注意凸台联接螺栓（d1）与轴承盖联接螺钉（d3）不要互相干涉；对有油沟箱体（轴承采用润滑油润滑），取S≈D2〉，应注意凸台螺栓孔（d1）不要与油沟相通，以免漏油。

D2则为轴承座凸缘的外径。

（2）凸台高度h的确定应以保证足够的螺母搬手空间为准则。

搬手空间根据螺栓直径的大小由尺寸C1和C2确定。

（3）凸台沿轴向的宽度同样取决于不同螺栓直径所确定的C1+C2之值，以保证足够的搬手空间。

但还应小于轴承座凸缘宽度3~5mm，以便于凸缘端面的加工。

图6轴承座旁两凸台螺栓距离S应尽可能靠近

2.1.3箱盖圆弧半确定径的

通常箱盖顶部在主视图上的外廓由圆弧和直线组成，大齿轮所在一侧箱盖的外表面圆弧半径R=r+Δ1+δ1（r为齿顶圆半径）。

在一般情况，轴承旁螺栓凸台均在圆弧侧，按有关尺寸画出即可。

而小齿轮一侧的外表面圆弧半径应根据结构作图。

2.1.4箱体凸缘的结构设计

确保箱体接合面的密封、定位和部传动零件的润滑。

为保证箱体轴承座孔的加工和装配的准确性，在接合面的凸缘上必须设置两个定位用的圆锥销。

定位销d=（0.7～0.8）d2（d2为凸缘联接螺栓直径），两锥销距离应远一些，一般宜放在对角位置。

对于结构对称的箱体，定位销不宜对称布置，以免箱盖盖错方向。

为保证箱盖、箱座的接合面之间的密封性，接合面凸缘联接螺栓的间距不宜过大，一般不大于150～180mm，并尽量对称布置。

箱座的壁应设计在底部凸缘之如图7所示。

地脚螺栓孔应开在箱座底部凸缘与地基接触的部位，箱座是受力的重要零件，应保证足够的箱座壁厚，且箱座凸缘厚度可稍大于箱盖凸缘厚度。

如果滚动轴承靠齿轮飞溅的润滑油润滑时，则箱座凸缘上应开设集油沟，集油沟要保证润滑油流入轴承座孔，再经过轴承外圈间的空隙流回箱座部，而不应有漏油现象发生，如图8所示。

图7箱座的壁应设计在底部凸缘之

图8箱座凸缘上应开设集油沟

2.1.5油沟的结构形式及尺寸

当轴承利用传动零件飞溅起来的润滑油润滑时，应在箱座的剖分面上开设输油沟，使溅起的油沿箱盖壁经斜面流入输油沟，再经轴承盖上的导油槽流入轴承。

油沟的制造方法和尺寸见图9。

图9油沟的制造方法和尺寸

2.1.6箱体结构良好的工艺性设计

箱体结构应具有良好的工艺性：

①铸造工艺性的要求，箱壁不宜太薄，δmin≧8mm，以免浇铸时铁水流动困难，出现充不满型腔的现象。

壁厚应均匀和防止金属积聚、避免产生缩孔、裂纹等缺陷。

避免出现狭缝结构，因为这种结构的砂型易碎裂，正确的做法应联成整体。

②机械加工工艺性的。

机械加工工艺性的要求轴承座孔应为通孔，最好两端孔径一样以利于加工。

同一侧的各种加工端面尽可能一样平齐，以便一次调整刀具进行加工。

加工表面与非加工表面必须严格区分，并尽量减少加工面积。

因此，轴承座的外端面、观察孔、透气塞、吊环螺钉、油标尺和油塞以及凸缘连接螺栓孔等处均应制出凸台（凸出非加工面3~5mm）以便加工。

支承螺栓头和螺母的支承面也可以通过锪鱼眼坑的方法加工局部平面，如图10所示。

图10支承螺栓头和螺母的支承面通过锪鱼眼坑进行加工

2.2减速器箱体的结构设计

2.2.1VisualBasic概述

VisualBasic（可视化BASIC，简称VB）是微软公司推出的一种新型的现代程序设计语言。

VB虽然以BASIC语言为基础，但在许多方面都做了重大的改进和突破。

VB的产生使更多的专业、非专业人员都能参与到开发Windows应用程序的行列中，使计算机程序设计进入了新的阶段。

由于它具有效率高、简单且容易掌握、功能强大的特点，能够在众多的程序设计语言中成为很流行的Windows应用程序的开发语言，具有下列基本特点。

1.可视化的设计平台

VB的可视化的设计平台，把Windows界面设计的复杂性紧密的联系在一起

使界面设计变为一种特别的享受。

用户只需按设计的要求，非常轻松地在VB软件屏幕上画出各种对象，并设置对应的属性，它就会自动产生所编程序界面的设计代码。

可视化VB程序，使编程简单化，大幅度的提高了编程的效率。

2.事件驱动的编程机制

适用于用户界面的编程方式之一是事件驱动。

当用户在界面上点击对象时，该对象就会产生一个事件，此时该事件所对应的程序代码就会被执行，因而完成了指定的操作。

3.能够充分利用系统资源

动态数据交换（DynamicDataExchang，DDE）是Windows操作系统下应用程序间的一种标准通信方式。

VB支持DDE，支持Windows的对象的或嵌入技术（ObjectLinkandEmbedding，OLE）。

VB其他应用程序的对象能够或嵌入到VB应用程序中，例如，Word文档、图像、声音、Excel电子表格等。

动态库（DynamicLinkLibrary，DLL）是Windows最显著的特点之一，VB支持这项技术。

在VB程序运行中，需要用某个函数时，Windows就会从DLL中读出并运行之。

例如，可以将用汇编语言、C++等编写的程序增加到VB所编写的程序中。

4.具有较强的数据库管理功能

在VB中可以直接建立或访问Access桌面数据库系统和其他外部数据库，产生了开放式数据库（OpenDataBaseConnectivity，ODBC）的功能。

现在VB还提供了能自动生成SQL语句和新的ActiveX数据对象（ADO）的功能。

用VB设计应用程序的前台界面，通过ADO连接后再去访问后台的数据库，是目前开发应用系统的常用方法。

2.2.2软件界面设计

用VB软件时的进入界面设计见图11

图11VB软件的设计界面

2.2.3减速器箱体的结构尺寸计算界面设计

齿轮减速器箱体的各个结构部分的尺寸，我们通过VB软件进行编程，输入相应的数据，开始的界面如图12。

点击“设计计算”就可以得到箱体各个部分的尺寸的计算结果，见下图13。

图12减速器箱体设计的开始界面

图13箱体各个部分的尺寸的计算结果界面

然后点击“保存结果到c：

\箱体结构尺寸”，在计算机的C盘中得到计算结果，如下图14。

图14箱体各个结构部分的尺寸设计结果

点击“设计计算”，并点击“查看代码”就可以得到设计的程序，由于程序较多，现只写出如下部分：

Open"c:

\箱体设计结果.txt"ForOutputAs#1

Print#1,"底座壁厚DT＝";DT;"mm"

Print#1,"箱盖壁厚DT1=";DT1;"mm"

Print#1,"箱座上部凸缘厚度H0=";1.5*DT;"mm"

Print#1,"箱盖凸缘厚度H1=";1.5*DT1;"mm"

Print#1,"箱座下部凸缘厚度（平耳座）H2=";2.35*DT;"mm"

Print#1,"箱座下部斜凸缘厚度（凸耳座）H3，H4=";1.5*DT;"mm";"";2.6*DT;"mm"

Print#1,"箱座加强筋厚度M=";0.85*DT;"mm"

Print#1,"箱盖加强筋厚度M1=";0.85*DT1;"mm"

Print#1,"地脚螺栓直径D0=";D0Q;"mm"

Print#1,"地脚螺栓数目N0=";N0Q;"mm"

Print#1,"轴承旁联结螺栓直径D1=";D1Q;"mm"

Print#1,"箱座与箱盖联结螺栓直径D2=";D2;"mm"

Print#1,"高速轴承盖固定螺钉直径DG4=";DG4;"mm"

Print#1,"高速轴承盖固定螺钉数目NG4=";NG4;"mm"

Print#1,"高速轴承座凸缘端面直径DG2=";DG2;"mm"

Print#1,"高速轴承盖固定螺钉分布圆直径DG1=";DG1;"mm"

Print#1,"高速轴承盖固定螺钉钻孔深度LG2=";1.8*DG4;"mm"

Print#1,"低速轴承盖固定螺钉直径DD4=";D4Q;"mm"

Print#1,"低速轴承盖固定螺钉数目ND4=";ND4;"mm"

Print#1,"低速轴承盖凸缘端面直径DD2=";DD2Q;"mm"

Print#1,"低速轴承盖固定螺钉分布圆直径DD1=";DD1Q;"mm"

Print#1,"低速轴承盖固定螺钉钻孔深度LD1=";1.8*D4Q;"mm"

Print#1,"D0处箱座凸缘尺寸C1,C2=";C11Q;"mm";"";C21Q;"mm"

Print#1,"D1处箱座凸缘尺寸C1,C2=";C12Q;"";C22Q;"mm"

Print#1,"D2处箱座凸缘尺寸C1,C2=";C13Q;"";C23Q;"mm"

Print#1,"箱座上部及下部凸缘宽度K0,K1,K2=";K0;"mm";"";K1;"mm";"";K2;"mm"

Print#1,"凸缘圆角半径R1,R2=";R1;"mm";"";R2;"mm"

Print#1,"起盖螺钉直径D5=";D5;"mm"

Print#1,"定位销直径D6=";D6;"mm"

Print#1,"六角油塞直径D7=";D7;"mm"

Print#1,"视孔盖固定螺钉直径D8=";D8;"mm"

Print#1,"底座高度HH1=";AQ;"mm"

Print#1,"箱座深度HH=";0.5*DA+40;"mm"

Print#1,"高速轴承连接螺栓间的距离L=";DG2;"mm"

Print#1,"低速轴承连接螺栓间的距离L=";DD2Q;"mm"

Print#1,"轴承旁螺栓凸台高度=";AA$

Print#1,"吊环螺钉直径D9=";D9;"mm"

Close#1

3齿轮减速器数控加工与仿真模块

3.1数控加工编程功能简介和数控加工编程流程

在产品的数控加工编程方面，Pro/E软件有着功能强大的数控编程模块Pro/NC,CAM模块和CAD模块集成在一起,具有强大的后置处理、数控加工编程的作用。

其CAM模块可分别对各种加工方式的机床进行数控加工编程,并且能产生生产过程的计划,提供参数化的刀位轨迹生成,也能计算数控加工所用的具体的时间;CAM模块所具有的数控铣削、车削和线切割的加工编程的功能,并能进行四轴线、车削中心、五轴铣削中心切割数控加工,具有比较完整相关性,对于加工的任何更改,都能自动的生成相应的加工程序。

运用该模块生成的刀具轨迹文件称为CLData（CutterLocationData）,通过NcCheck来进行仿真加工检测切削的基本状况,提供的Vericut模拟功能可以模拟材料的去除过程,使用户对切削过程进行快速校验和刀具轨迹优化设计,以预测误差和干涉过切。

产生的CL刀位文件经Ncpost或Gpost后置处理产生NC代码。

其提供的后置处理程序能满足如Fanuc、Heidenhain、Si-menses、Mitsubishi、Mazak、Agie和Charmilles等数控系统。

用户可以通过修改OptionFile文件（机床配置文件）和FILFile文件（数控机床系统接口文件），产生适合自己数控机床系统的后置处理程序。

数控程序的编制过程首先是对工件进行工艺分析和图形的数学处理，然后将加工所需要的数据和信息编成加工程序，将程序输入到数控装置，由数控装置控制数控机床进行加工。

具体步骤：

（1）数控加工工艺分析。

包括机床的合理选用，加工方法与加工方案的确定，工序与工步的划分，零件的定位与安装，刀具与工具的选用，切削用量与数控加工路线的确定等。

其主要容应写入数控加工工艺文件中，作为数控机床编程的依据。

（2）图形的数学处理。

主要是基点和节点计算、刀位点轨迹和辅助计算等。

图形的数学处理是数控编程前的主要准备工作，无论对于手工编程还是自动编程都是比不可少的。

（3）数控加工的编程编制。

包括数控机床编程基础，数控车床、数控铣床和加工中心常用G指令、M指令的格式与功用，典型零件的编程方法等。

利用Pro/NC进行数控程序的编程流程与实际加工的逻辑思维是相似的,如下图15所示为利用Pro/E进行数控编程的流程图。

图15利用Pro/E进行数控编程的流程图

本模块就是将Pro/E的NC代码自动生成技术和VERICUT的加工仿真功能结合起来，应用VERICUT软件实现零件齿轮的虚拟加工过程动态仿真，然后进行检测并进行优化处理。

在上述过程完成后,向加工方提供优化过的产品的设计方案和相应的优化的产品加工数据,如NC（数控）代码等。

3.2齿轮减速器箱座数控加工与仿真

齿轮减速器零件中，最常用的为一级、二级减速器，而级别不同，零件也有所区别，但具体步骤类似，由于齿轮减速器零件较多，所以下面仅取实际调试中的几个主要零件为例介绍技术设计过程，另外由于生成的NC代码容很多故只列出部分代码：

箱座的数控加工与仿真过程：

（1）首先在pre/E软件中把要加工的零件从零件库中调用出来，如图16所示

图16减速器箱座的建模

（2）以调用的零件作为装配工件进行一系列制造设置，如图17所示。

图17减速器箱座的制造设置

（3）设置完毕，便可进行初步的刀具路径的模拟如图18所示，初步查看工序。

图18减速器箱座的工序加工的路径演示

（4）加工路径无误后便可生成NC序列，NC序列如下。

以备后续VERICUT软件进行仿真。

部分NC序列（曲面铣削）一如下：

N5G71

N10（/MFG0001）

N15G0G17G99

N20G90G94

N25G0G49

N30T1M06

N35S2000M03

N40G0G43Z27.H1

N45X199.Y0.

N50Z2.

N55G1Z0.F100.

N60X188.5

N65X188.446

N70X187.848Z-.043

N75X187.259Z-.156

N80X186.688Z-.34

N85X186.143Z-.59

N90X185.632Z-.904

N95X185.Z-1.277

N100X184.741Z-1.703

N105X184.373Z-2.177

N110X184.065Z-2.691

N115X183.821Z-3.239

N120X183.643Z-3.811

N125X183.536Z-4.401

N130X183.5Z-5.

N135X183.495Z-5.413

N140X183.434Z-6.566

N145X183.3Z-7.712

N150X183.096Z-8.847

N155X182.82Z-9.968

（5）点击“NC检测”即打开与之关联的VERICUT软件。

在此界面上进行机床，控制，刀具等的一些列设置便可进行模拟仿真。

如下图19（a）和图19（b）所示。

图19（a）

图19（b）加工机床模拟示意图

4结论

本系统的特点是：

（1）友好的图形界面　

本系统具有十分丰富和友好的图形界面,用户只需根据界面上图形或文字进行操作就能完成各种设计计算及绘图。

（2）灵活的设计方式　

在进行选型设计时,根据所输入的设计条件本系统将自动给出几种有可能满足设计条件的轴承类型供用户参考。

当计算结果不符合设计要求时,系统将给出警示,同时提供解决该问题的方法与途径,待用户择其一后,系统将重新计算,直到满足设计条件。

（3）参数设计及绘图功能

能够根据轴承的基本设计参数计算出所有的结构尺寸，并自动生成高质量的零件图、装配图以及设计文件。

（4）计算机辅助分析功能

从性能分析入手，将优化设计方法用于滚动轴承的结构设计，可以使轴承性能指标处于优态，从而使轴承结构改进，质量提高。

对用于关键场合的轴承，可根据其受力情况对其进行有限元分析，确保其可靠性。

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化学工业,2008：

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E20一E20.

Reducercabinetdesign

PangXuqing

MechanicalandElectronicEngineeringDepartmentofDezhouUniversity,DezhouShandong,253023

Abstract：

Reduceriswidelyusedintheactualproductionofeveryfield,functionisalsoverydifferentindifferentfields.Onthedifferentreducerdesign,transmissionratio,ratedloadandworkenvironmenthasdifferentrequirements.Withtraditionaldesignformanufacturingcoststotimeislong,lowefficiency,itisdifficulttorealizetheeffectiveproductofrapiddesign.ThispaperishowtodesignthereducersizeofboxandstructurethroughtheVBsoftware,andtogearreducerstandswithncmachiningsimulationwiththenumericalcontroltechnology.

Keywords:

reducer,VBsoftware，numericalcontrol

谢辞

本次毕业设计过程中，得到王老师的大力支持，非常感谢，由于我个人的水平有限，因此很难避免在设计中存在许多不合理之处，希望老师多多批评指正。

本设计是在王会老师的精心指导和严格要求下完成的。

王老师那严谨求实的治学态度，待人以诚的宽广胸怀以及渊博的知识，为我们树立了榜样，是我们今后做学问的楷模。

在此向她表示忠心的感谢！

在本次设计过程中，不仅熟练地应用了已学过的知识，而且感到所学知识的不足，让我在设计时感觉困难重重，这让我充分认识到所学知识的重要性。

而我也会以此为鉴，在今后的工作过程中用心学习，取别人所长，不断的给自己充电,用知识武装自己。

在临近毕业之际，我还要借此机会向在这四年中给予了我帮助和指导的所有老师表示由衷的谢意