基于PROE的二级齿轮减速器设计建模、装配与运动仿真【原版】

基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真I基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真摘要本课题主要研究的内容是根据减速器设计的原始资料，研究减速器够组成部件（包括齿轮、轴、轴承、上箱体和下箱体）的设计及校核方法。对二级圆柱齿轮减速器设计进行功能分解，确立齿轮减速器三维参数化设计方法以及齿轮减速器零件（各主要传动件，标准件等）模型库、总装配库的构建方法。并用PRO/E进行二级圆柱直齿轮机构的三维建模，对圆柱直齿轮减速器的机构的组成，内部传动部件，进行装配和运动仿真。PRO/ENGINEER是一个参数化、基于特征的实体造型系统，具有单一数据库功能。本文在减速器零部件几何尺寸数值计算的基础上，利用PRO/E软件实现了齿轮系和轴系等零件特征的三维模型设计；利用PRO/E软件实现了齿轮系和轴系的虚拟装配，具有较好的通用性和灵活性。此系统的实现可以使设计人员在人机交互环境下编辑修改，快速高效地设计出圆柱齿轮减速器产品，同时通过PRO/E对二级减速器进行建模设计，规划零件的装配过程，然后运用机构分析进行运动仿真，建立机构运动分析，提高效率和精度奠定了基础。从三维开始设计，在现有的软件支持下，这个模型至少有可能表达出设计构思的全部几何参数，整个设计过程可以完全在三维模型上讨论，对设计的辅助就很容易迅速扩大的全过程，设计的全部流程都能使用统一的数据，从三维开始的设计，二维工程图的表达仍然要遵守传统设计的要求。关键词二级减速器轴承齿轮PRO/E基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真ITHEDESIGNOFTWOGRADECYLINDRICALGEAREDUCERBASEDONPRO/ENGIERABSTRACTTHEMAINRESARCHTOPICSAREBASEDONTHEDESIGNOFTHEORIGINALDATAREDUCER,REDUCERENOUGHOFCOMPONENTPARTSINCLUDINGGEARS,SHAFTS,BEARINGS,THEUPPERCASINGANDLOWERCASINGDESIGNANDVERIFCATIONMETHODOFTHETWOCONICALGEARREDUCERDESIGNOFFUNCTIONALDECOMPOSITON,THEESTABLISHMENTOFTHREDIMENSIONALPARAMETRICGEAREDUCERANDGEAREDUCERDESIGNPARTSTHEMAINTRANSMISIONPARTS,STANDARDPARTS,ETCMODELLIBRARY,THETOTALSEMBLYMETHODOFCONSTRUCTINGTHELIBRARY1ANDWITHTHEINVENTOROFVIRTUALSOFTWAREANDDATABASETCHNOLOGY,FORTWOCONICALCYLINDRICALGEARSTHREDIMENSIONALMODELINGOFCONICALREDUCERCYLINDRICALBODYCOMPOSITON,THEINTERNALTRANSMISIONPARTS,ANDASEMBLYINTERFRENCEANALYSIS,STRESANDSTRAINANALYSI,SPATIALMOTIONANALYSI,MOTIONSIMULATION,EVENTUALYTOPRODUCETWODIMENSIONALDRAWINGSPRO/ENGINEER,APARAMETRIZEDSOLIDMODELINGSYTEMBASEDONFEATURE,WITHASINGLEDATABASEFUNCTION,WHICHHASASINGLEDATABASE2THEREALIZATIONOFTHISSYTEMCANMAKEDESIGNERSDEVISETHEPRODUCTOFCYLINDERGEAREDUCERFASTANDEFICENTLYUNDERHUMANCOMPUTERINTERACTIONENVIRONMENTMEANWHILE,THEPAPERDESCRIBESTHEPARAMETRICDESIGNOFTWOSTAGEREDUCERANDTHEASEMBLYPROCESOFPARTSBASEDONPRO/E,ANALYZESTHEMECHANISMMOVEMENTANDGETSEXPECTANTMOVEMENTSIMULATIONINDOINGSO,DESIGNEFICENCYANDPRECISONCANBEINCREASEDGREATLYSTARTINGFROMTHETHREDIMENSIONALDESIGN,INSUPPORTOFEXISTINGSOFTWARE,THIS基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真IMODELMAYBEEXPRESDATLEASTALTHEGEOMETRICPARAMETRSOFTHEDESIGNCONCEPT,THEWHOLEDESIGNPROCESCANBEFULLYDISCUSSEDINTHETHREDIMENSIONALMODEL,ITISEASYTODESIGNTHESUPPORTINGRAPIDEXPANSIONOFTHEWHOLEPROCESTHEDESIGNOFALTHEPROCESSCANUSEAUNIFIEDDATA,STARTINGFROMTHETHREDIMENSIONALDESIGN,THEEXPRESIONOFTWODIMENSIONALENGINEERINGDRAWINGSSTILHAVETOCOMPLYWITHTHEREQUIREMNTSOFTRADITIONALDESIGNKEYKKKWORDSTWOGRADECYLINDRICALGEAREDUCER,BEARING,GEAR,PRO/ENGINEER基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真目录摘要IABSTRACTI引言11减速器的设计计算21传动方案的拟定212电动机选择2121电动机类型选择2122电动机功率的选择2123电动机转速的选择313传动系统的运动和动力参数4131计算传动装置总传动比4132分配减速器的各级传动比4133计算传动装置的运动和动力参数414传动零件的设计计算5141V带传动的设计计算5142高速级齿轮传动设计7143低速级齿轮传动设计1144输出轴的设计计算15145中间轴的设计计算23146高速轴的设计计算2315滚动轴承的选择和计算2416键的选择和校核24161低速轴键的校核24162中间轴键的校核2517减速器箱体各部分结构尺寸2518减速器附件的选择2619润滑与密封27基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真191齿轮的润滑27192滚动轴承的润滑27193密封形式的选择2710其他技术说明272基于PRO/E的减速器各部位零件的建模2921高速级大齿轮的建模29211绘制大齿轮基本曲线29212创建齿廓曲线32213绘制毂孔及辐孔342低速级小齿轮建模3623低速级大齿轮建模3824轴承的造型4025轴的建模42251高速齿轮轴的建模42252中间轴的建模46253低速轴的建模4626箱体的建模4727其它减速器附件的建模513基于PRO/E的减速器装配5431装配的约束类型5432连接转配54基于PRO/E的减速器运动仿真59结束语61致谢62参考文献63基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真1引引引引言言言言减速器是应用于原动机和工作机之间的独立传动装置，具有结构紧凑、传动效率较高、传递运动准确可靠、使用维护方便和可成批生产等特点。传统的减速器手工设计通常采用二维工程图表示三维实体的做法，这种做法不仅不能以三维实体模型直观逼真地显现出减速器的结构特征，而且对于一个视图上某一尺寸的修改，不能自动反应在其他对应视图上。1985年美国PTC公司开始建模软件的研究，1988年V10的PRO/ENGIER诞生，随后美国通用汽车公司将该技术应用于各种类型的减速器设计与制造中。目前在基于PRO/E的减速器的模型设计、数据分析与生产制造方面美国、德国和日本处于领先地位，美国ALANNEWTON公司研制的XY式精密减速器和日本住友重工研制的FA型减速器都是目前先进的高精密型齿轮减速器。PRO/ENGIER技术可以方便快捷的实现建立基于零件或子装配体的三维模型设计和装配，并且提供了丰富的约束条件完成可以满足的工程实践要求。建立三维模型在装配体环境下可以很好的对零件进行编辑和修改，在生产实际中便捷的把立体图转换为工程图，在生产应用中充分利用PRO/E软件进行几何造型设计，进一步利用数控加工设备进行技术加工，可以显著提高减速器的设计制造精密、设计制造质量、设计制造效率，从而缩短产品更新换代生产的整个周期。而我国在PRO/E的减速器三维模型设计方面还相对比较薄弱，因此，随着经济全球化的发展，在此技术上我国需要不断的突破创新，逐步提高“中国创造”在国际市场的竞争力。基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真21减速器的设计计算1传动方案的拟定根据机械设计课程设计3及设计任务书，选用如图11所示的传动方案。图11减速器的传动方案12电动机选择121电动机类型选择根据电源及工作机工作条件，选用卧式封闭型YIP44系列三相交流异步电动机。12电动机功率的选择1卷筒轴的输出功率WPW18002545KW10001000FVP2电动机输出功率DPWDPP11基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真3传动装置的总效率3212345式中，1、2为从电动机至卷筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。由机械设计课程设计4表24查得V带传动1095；滚动轴承2099；圆柱齿轮传动3097；弹性联轴器4099；卷筒轴滑动轴承5096，则32095099097099095082故WD4555KW082PP3电动机额定功率EDP由机械设计课程设计表201选取电动机额定功率ED75KWP。123电动机转速的选择为了便于选择电动机转速，先推算电动机转速的可选范围。由机械设计课程设计表21查得V带传动常用传动比范围1I24，单级齿轮传动的传动比范围2I36，则电动机转速可选范围为12DWNNII7893192R/MIN。可见同步转速为1000R/MIN、1500R/MIN和3000R/MIN的电动机均符合。这里初选同步转速分别为1500R/MIN和3000R/MIN的两种电机进行比较，如表11所示。表11电动机的技术参数方案电动机型号额定功率电动机转速R/MIN电动机质量KG传动装置的传动比同步满载总传动比V带传动单级减速器1Y132M475150140811083227/22Y132S275302907021823/3由表中数据可知方案一中齿轮的传动比过小，故选用方案2，选定电动机型号为Y132S22。基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真413传动系统的运动和动力参数131计算传动装置总传动比2900218133MWNIN132分配减速器的各级传动比取V带传动的传动比122I，则双级圆柱齿轮减速器的总传动比为2121899122IIII3由机械设计课程设计知111523II，则233I，3I所得23II、值符合一般圆柱齿轮传动和双级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。13计算传动装置的运动和动力参数1计算各轴转速电动机轴为0轴，减速器高速轴为轴，中间轴为轴，输出轴为轴，各轴转速为02900/MINMNNR0112900/221318/MINNNRI1221318/33399/MINNNRI233399/3133/MINNNRI2各轴输入功率按电动机额定功率EDP计算各轴输入功率，即075EDPPKW基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真5101750957125PPKW212371250990976842PPKW322368420990976571PPKW3各轴转矩00075955095502472900PTNMNI11171259550955051631318PTNMNI22268429550955016376399PTNMNI33365719550955047183133PTNMNI将以上计算结果整理后如表12。表12减速器的传动参数项目电动机轴高速轴中间轴输出轴转速（R/MIN）2901383913功率KW75712568426571转矩NM24751631637647183传动比233效率09509609614传动零件的设计计算141V带传动的设计计算1确定计算功率CAP由机械设计6表87查得工作情况系数11AK,故1175825CAAPKPKWKW2选择V带的带型基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真6根据CAP、1N由图810选用A型。3确定带轮的基准直径D并验算带速V1初选小带轮的基准直径1D。由机械设计表86和表88，取小带轮的基准直径180DM。2验算带速V。按机械设计式（813）验算带的速度1802900/1215/601000601000DNVMSMS因为5/30/MSVMS。8计算压轴力PF压轴力的最小值为10MINMIN1602SIN24126SIN99322PFZFNN9带轮的结构设计略。142高速级齿轮传动设计1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按设计任务书所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动2输送机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度GB109588。3材料选择。由机械设计表101选择小齿轮材料为40CR调质，硬基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真8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选用小齿轮齿数123Z，大齿轮齿数23323759Z，取276Z2按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式109A进行试算，即32111232ETDHKTZUDU3确定公式内的个计算数值1试选载荷系数13TK。2计算小齿轮传递的转矩。1516351630TNMNM3由机械设计表107选取齿宽系数D1。4由机械设计表106查得材料的弹性影响系数121898EZMPA。5由机械设计图1021D按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限LIM1600HMPA；大齿轮接触疲劳强度极限LIM2550HMPA。6由机械设计式1013计算应力循环次数。91160601318118300815210HNNJL982152104611033N7由图1019取接触疲劳寿命系数1098HNK；2112HNK。8计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1，安全系数S1，由机械设计式1012得1LIM11098600588HNHHKMPAMPAS2LIM22112550616HNHHKMPAMPAS4计算1试算小齿轮分度圆直径1TD,带入H中较小的值。基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真93322111135163043189823223248458133588ETDHKTZUDMMU2计算圆周速度V。11484581318/3344/601000601000TDNVMSMS3计算齿宽B。114845848458DTBMM4计算齿宽与齿高之比BH。模数1148458/232107TTDMMMZ齿高2252252107474THMMM484581022474BH5计算载荷系数。根据34/VMS，7级精度，由机械设计图108查得动载系数V113K；直齿轮，1HFKK；由机械设计表102查得使用系数125AK；由机械设计表104用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，14188HK。由1067BH，14188HK查机械设计图1013得132FK；故载荷系数V11131141881603AHHKKK6按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由机械设计式1010A得33111603484585196613TTKDDM7计算模数M。1151966225923DMMMZ基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真105按齿根弯曲强度计算由机械设计式105得弯曲强度计算公式为3121FASADFYKTMZ1确定公式内的各计算数值A由机械设计图1020C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1500FEMPA；大齿轮的弯曲强度极限2380FEMPA；B由机械设计图1018取弯曲疲劳寿命系数1092FNK，2090FNK；C计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数14S，由机械设计式1012得1110925003285714FNFEFKMPAMPAS2220903802442914FNFEFKMPAMPASD计算载荷系数K。V1113113214916AFFKKKE查取齿形系数。由机械设计表105查得1269FAY；22228FAY。F查取应力校正系数。由机械设计表105查得11575SAY；21762SAY。G计算大、小齿轮的FASAFY并加以比较。1112691575001289532857FASAFY2222228176200160724429FASAFY大齿轮的数值较大。2设计计算基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真13221491651630001607MM167MM123M对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数M大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数M的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径即模数与齿数的乘积有关，可取由弯曲强度算得的模数167并就近圆整为标准值2MMM，按接触强度算得的分度圆直径151996MMD，算出小齿轮齿数115196625983262DZM大齿轮齿数23326858Z，取86。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。6几何尺寸计算1计算分度圆直径11262MM52MMDZM22862MM172MMDZM2计算中心距1252172MM112MM2DDA3计算齿轮宽度152MM52MMDB取252MMB，157MMB。7结构设计及绘制齿轮零件图从略。143低速级齿轮传动设计1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按设计任务书所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动2输送机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度GB109588。材料选择。由机械设计表101选择小齿轮材料为40CR调质，硬度为280HBS,基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真12大齿轮材料为45钢调质，硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。3选用小齿轮齿数123Z，大齿轮齿数232369Z，取269Z2按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式109A进行试算，即32111232ETDHKTZUDU3确定公式内的个计算数值1试选载荷系数13TK。2计算小齿轮传递的转矩。216376MM163760MMTNN3由机械设计表107选取齿宽系数D1。4由机械设计表106查得材料的弹性影响系数121898EZMPA。5由机械设计图1021D按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限LIM1600HMPA；大齿轮接触疲劳强度极限LIM2550HMPA。6由机械设计式1013计算应力循环次数。81160603991183008459610HNNJL8824596101532103N7由机械设计图1019取接触疲劳寿命系数1092HNK；2097HNK。8计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1，安全系数S1，由式1012得1LIM11092600MPA552MPAHNHHKS2LIM22097550MPA5335MPAHNHHKS4计算1试算小齿轮分度圆直径1TD,带入H中较小的值。基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真1333221111316376041898232232MM76552MM13533ETDHKTZUDU2计算圆周速度V。1176552399M/S1599M/S601000601000TDNV3计算齿宽B。1176552MM76552MMDTB4计算齿宽与齿高之比BH。模数1176552/23MM3328MMTTDMZ齿高2252253328MM749MMTHM765521022749BH5计算载荷系数。根据159M/SV，7级精度，由图108查得动载系数V106K；直齿轮，HF1KK；由机械设计表102查得使用系数A125K；由机械设计表104用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，H1425K。由1022BH，H1425K查机械设计图1013得F133K；故载荷系数AVHH125106114251888KKK6按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由机械设计式1010A得33111888765528669MM13TTKDD7计算模数M。118669MM377MM23DMZ基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真145按齿根弯曲强度计算由机械设计式105得弯曲强度计算公式为3121FASADFYKTMZ1确定公式内的各计算数值A由机械设计图1020C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1500MPA；大齿轮的弯曲强度极限FE2380MPA；B由机械设计图1018取弯曲疲劳寿命系数F1092NK，F2096NK；C计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数14S，由机械设计式1012得F1F1F1092500MPA32857MPA14NEKSF2F2F2096380MPA26057MPA14NEKSD计算载荷系数K。AVFF1251061133176225KKKE查取齿形系数。由机械设计表105查得FA1269Y；FA22244Y。F查取应力校正系数。由机械设计表105查得SA11575Y；SA21748Y。G计算大、小齿轮的FASAFY并加以比较。FA1SA1F12691575001289532857YFA2SA2F222441748001505426057Y大齿轮的数值较大。2设计计算基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真153221762251637600015054MM254MM123M对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数M大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数M的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径即模数与齿数的乘积有关，可取由弯曲强度算得的模数254并就近圆整为标准值3MMM，按接触强度算得的分度圆直径18669MMD，算出小齿轮齿数118669293DZM大齿轮齿数232987Z，取87。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。6几何尺寸计算1计算分度圆直径11293MM87MMDZM22873MM261MMDZM2计算中心距1287261MM174MM2DDA3计算齿轮宽度187MM87MMDB取287MMB，192MMB。7结构设计及绘制齿轮零件图从略。14输出轴的设计计算1输出轴上的功率3P、转速3N和转矩3T36571PKW3133R/MINN基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真16347183NM471830NMMT2求作用在齿轮上的力因已知大齿轮的分度圆直径为2261MMD而3222471830N3616N261TTFDRTAN3616NTAN201316NFF圆周力及径向力的方向如图12所示。FRFTTABDCFNV1FNV2FTFNH1FNH2FNH1FNH2MHFRFNV1FNV2MVMTTMMVMHABCDE图12输出轴的弯矩扭矩图3初步确定轴的最小直径基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真17先按机械设计式152初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据机械设计表153，取0112A，于是得，333MIN036571112MM411MM133PDAN输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径D图13。为了使所选的轴直径D与联轴器孔径相适应，故同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩3CAATKT，查机械设计表141，考虑到转矩变化很小，故取13AK，则313471830NMM613379NMMCAATKT按照计算转矩CAT应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T50142003或手册，选用HL3型弹性柱销联轴器，其公称转矩为6300NMM。半联轴器的孔径D42MM，故取D42MM，半联轴器长度L12MM，半联轴器与轴配合的毂孔长度184MML。4轴的结构设计图13高速轴的结构和装配1拟定轴上零件的装配方案经比较，选用如图13所示的装配方案。2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真18A为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴段左端需制出一轴肩，故取段的直径D49MM；最右端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D52MM。半联轴器与轴配合的毂孔长度184MML，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故段的长度应比1L略短一些，现取L82MM。B初步选择滚动轴承。因轴承只受径向力作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据D49MM，由轴承产品目录中初步选取深沟球轴承6311，其尺寸为5MM120MM29MMDDB,故DD5MM；而L29MM。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6311型轴承的定位轴肩高度5MMH，因此，取D65MM。C取安装齿轮处的轴段处的直径D60MM；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为87MM，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取L83MM。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度07HD，故取6MMH，则轴环处的直径D72MM。轴环宽度14BH，取L12MM。D轴承端盖的总宽度为30MM由减速器及轴承盖的结构设计而定。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离20MML，故取L50MM。E取齿轮距箱体内壁之距离16MMA，高速大齿轮与低速级大齿轮之间的距离20MMC。考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离S，取8MMS，已知滚动轴承宽度29MMB，高速级大齿轮毂长52MML，则8783298164MM57MMLBSA8783298164MM57MMLBSA至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按D由机械设计表61查得18MM1MMBH，键槽用键槽铣刀加工，长为70MM，同时为了基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真19保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7N6；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为12MM8MM70MM，半联轴器与轴的配合为H7K6。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为M6。4确定轴上圆角和倒角尺寸参考表152，取轴左端倒角为C20，右端倒角为C16，各轴肩处的圆角半径见图13。5求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。确定轴承的支承位置，作为简支梁的轴的支承跨距23154MM82MM236MMLL。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图（图12）。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的HM、VM及M的值列于表13。表13输出轴上所受的力、弯矩和扭矩载荷水平面H垂直面V支反力FNV13211NF，NH21564NFNV11869NF，NV11344NF弯矩MH223566NMMMV132667NMMM总弯矩2596NMMM扭矩T3471830NMMT6按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）强度。根据机械设计式（155）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取06，轴的计算应力222213CA313266906471830MPA25MPA0150MTW前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表151查得160MPA。因基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真20此CA13922N，即深沟球轴承6311满足寿命要求。基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真2516键的选择和校核键的选择主要考虑所传递的扭矩的大小，轴上零件是否需要沿轴向移动，零件的对中要求等等。在之前轴的结构设计中已经选择了键的类型和尺寸，故此次只做键的校核。161低速轴键的校核键、轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计表62查得许用挤压应力P100120MPA，取其平均值，P110MPA。键的工作长度LLB70MM18MM52MM，键与轮毂键槽的接触高度05KH051MM5MM由机械设计式（61）可得33PP21024718310MPA55MPA110MPA555260TKLD可见连接的挤压强度足够。键的标记为键1870GB/T1096203。162中间轴键的校核键、轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计表62查得许用挤压应力P100120MPA，取其平均值，P110MPA。键的工作长度LLB40MM10MM30MM，键与轮毂键槽的接触高度05058MM4MMKH。由机械设计式（61）可得33PP21021637610MPA78MPA110MPA43035TKLD取116轮毂端面与内壁距离210取21218减速器附件的选择1通气孔减速器工作时箱体内温度升高，气体膨胀，箱内气压增大。为了避免由此引起密封部位的密封性能下降造成润滑油向外渗漏，多在视孔盖上设置通气孔器，使箱体内热膨胀气体能自由逸出，保持箱体内压力正常，从而保证箱体的密封性。通气孔螺塞如图16所示。基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真27注材料为Q235；适用于清洁的工作环境图16通气螺塞2油塞本设计中采用的外六角油塞及封油垫如图17所示。封油垫注封油垫材料为耐油橡胶、工业用革；螺塞材料为Q235图17外六角油塞及封油垫3轴承盖、起吊装置、油表尺及窥视孔板等附件的均按机械设计课程设计一书中有关章节进行设计。19润滑与密封191齿轮的润滑在减速器中，齿轮的圆周速度均小于12M/S，高速级大齿轮与低速级大齿轮采用浸油润滑，选用全损耗系统用油GB44389，代号为LAN22。高速级大齿轮浸油深度FH约为07齿高，但不要小于10MM；低速级大齿轮浸油深度S10MMH。基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真28192滚动轴承的润滑减速器中浸油齿轮的圆周速度2M/SV,在下箱体上开有导油沟，可以利用齿轮飞溅的油润滑轴承。润滑齿轮的油通常能够满足轴承的润滑需求，而且有散热作用，效果较好。193密封形式的选择为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响减速器工作，在构成机体的各零件间，如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。本设计中由于密封界面的相对速度不是很大，采用接触式密封，输入轴与轴承盖间3M/SV，采用粗羊毛毡封油圈，输出轴与轴承盖间也为3M/SV，故采用粗羊毛毡封油圈。10其他技术说明1减速器装配前，必须按图纸检验各个部分零件，然后需用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，内壁涂刷抗机油浸蚀的涂料两次。2在装配过程中轴承装配要保证装配游隙。3减速器的润滑剂在跑合后要立即更换，其次应该定期检查，半年更换一次。润滑轴承的润滑脂应定期添加。4在机盖机体间，装配是涂密封胶或水玻璃，其他密封件应选用耐油材料。5对箱盖与底座结合面禁用垫片，必要时可涂酒精漆片或水玻璃。箱盖与底座装配好后，在拧紧螺栓前应用005MM塞尺检查其密封性。在运转中不许结合面处有漏油渗油现象。6减速器装配完毕后要进行空载试验和整机性能试验。空载实验在额定转速下正反转各12小时，要求运转平稳、声响均匀、各联接件密封处不得有漏油现象。负载实验在额定转速及额定载荷下，实验至油温不再升高为止。通常，基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真29油池温生不得超过35C，轴温升不得超过40C。7搬动减速器应用底座上的钓钩起吊，箱盖上的吊耳仅可用与起吊箱盖。8机器出厂前，箱体外表面要涂防护漆，外伸轴应涂脂后包装。运输外包装后，要注明放置要求。基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真302基于PRO/E的减速器各部位零件的建模21高速级大齿轮的建模21绘制大齿轮基本曲线1打开PRO/E软件，点击“文件”“新建”“零件”，名称改为“2DACHILUN”，点击“使用缺省模板”，确定即可进入零件造型界面，如图211所示图211新建文件2选取草绘图标，以FRONT面为草绘平面，其它都选择默认，使用缺省模式，进入草绘界面，绘制草图如图212所示。基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真31图212齿坯草绘3点击“”按钮，退出草绘界面，点击拉伸按钮“”，输入拉伸深度52，然后确定即可，如下图213所示。图213拉伸齿坯4点击草绘按钮“”，草绘平面选择“使用先前的”，进入草绘界面，绘制如下图214A所示。基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真32图214A草绘5单击“工具”“参数”，建立如图214B所示的若干个参数。图214B齿轮参数设置基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真3212创建齿廓曲线1创建渐开线。在工具栏内单击“基准”按钮，弹出“基准”选项卡，如图215所示。图215方程曲线的建立2在“基准”选项卡内依次单击“曲线”“来自方程的曲线”。单击选取基准坐标系PRT_CSY_DEF作为参考。坐标类型选择“笛卡尔”。渐开线的方程为THETA45TRDB/2XRCOSTHETARSINTHETAPITHETA/180YRSINTHETARCOSTHETAPITHETA/180Z03在“曲线”定义栏，单击完成渐开线的创建，如图216所示图216创建渐开线基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真344单击选取渐开线，在工具栏内单击按钮，系统弹出“镜像”定义操控面板，单击选取“DTM2”面作为参照平面，单击按钮完成渐开线的创建，如图217所示图217镜像渐开线5点击草绘按钮“”，草绘平面选择“使用先前的”，进入草绘界面，绘制如下图218所示齿形轮廓。图218草绘齿形6退出草绘界面后，点击”拉伸”按钮，得到一个轮齿，然后点击“阵列”按钮，如下图219所示基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真35图219拉伸阵列齿形213绘制毂孔及辐孔1点击“草绘”按钮，进入草绘界面，绘制如图2110所示图2110毂孔草绘2点击“拉伸”按钮，得到如下图2111所示。基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真36图2111拉伸毂孔3绘制轮辐，如图2112所示图2112绘制轮辐4毂孔及轮毂的尺寸关系如图2113所示基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真37图2113毂孔及轮辐的尺寸关系5处理好倒角等造型细节，确认完成齿轮的造型后，点击“文件”按钮，点击“保存”，把刚造型的大齿轮图形保存到相应文件夹内即可。2低速级小齿轮建模1双击打开PRO/E程序，点击“文件”“打开”，打开之前的文件名为“2DACHILUN”的文件，如图221所示图221“2DACHILUN“模型基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真382单击“工具”“参数”，将有关的参数改为图222所示图222齿轮参数设置3单击“工具”“关系”，将有关的尺寸关系改为图223所示图223齿轮相关尺寸关系基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真394改好相关参数和关系，处理好倒角等造型细节，完成后的齿轮的造型如图224所示。点击“文件”按钮，点击“另存为”“保存副本”，命名为“2XIAOCHILUN”，把刚造型的小齿轮图形保存到相应文件夹内即可。图224“2XIAOCHILUN“模型23低速级大齿轮建模1双击打开PRO/E程序，点击“文件”“打开”，打开之前的文件名为“2DACHILUN”的文件，如图231所示图231“2DACHILUN“模型基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真402单击“工具”“参数”，将有关的参数改为图232所示图232齿轮的参数设置3单击“工具”“关系”，将有关的尺寸关系改为图233所示图233齿轮相关尺寸关系基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真414改好相关参数和关系，处理好倒角等造型细节，完成后的齿轮的造型如图234所示。点击“文件”按钮，点击“另存为”“保存副本”，命名为“3DACHILUN”，把刚造型的大齿轮图形保存到相应文件夹内即可。图234“3DACHILUN“模型24轴承的造型1点击打开PRO/E程序，点击“文件”，点击“新建”“零件”“缺省”，进入草绘界面，如图231所示图231轴承截面草绘基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真422点击“”按钮，退出草绘界面，然后点击“旋转”按钮“”，旋转出下图232所示模型。图232旋转生成内、外圈及保持架3点击“草绘”，点击“使用先前”，进入草绘界面。绘制如下图233所示图233草绘滚子4点击“退出”草绘，然后点击“旋转”按钮，然后“阵列”即可得到轴承零件，如基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真43图234所示图234轴承模型至此就完成了1轴深沟球轴承的造型。5另外两对轴承的建模过程与以上过程相似。25轴的建模251高速齿轮轴的建模1点击进入草绘界面，绘制如图251所示图形图251轴草绘2旋转即可得到轴，并拉伸键槽，如图252所示图252旋转生成轴、拉伸键槽基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真43点击草绘按钮“”，进入草绘界面，绘制如下图253所示。图253齿轮齿根圆相关草绘4单击“工具”“参数”，建立如图254所示的若干个参数。图254齿轮参数设置5创建渐开线。在工具栏内单击“基准”按钮，弹出“基准”选项卡，如图255基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真45所示。图255创建方程曲线在“基准”选项卡内依次单击“曲线”“来自方程的曲线”。单击选取基准坐标系PRT_CSY_DEF作为参考。坐标类型选择“笛卡尔”。渐开线的方程为THETAT45RDB/2YRCOSTHETARSINTHETATHETAPI/180ZRSINTHETARCOSTHETATHETAPI/180X0在“曲线”定义栏，单击完成渐开线的创建，如图256所示图256渐开线的创建7单击选取渐开线，在工具栏内单击按钮，系统弹出“镜像”定义操控基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真46面板，单击选取“DTM2”面作为参照平面，单击按钮完成渐开线的创建，如图257所示图257镜像渐开线8点击草绘按钮“”，草绘平面选择“使用先前的”，进入草绘界面，绘制如图258所示齿形轮廓。图258齿形轮廓草绘9退出草绘界面后，点击”拉伸”按钮，得到一个轮齿，然后点击“阵列”按钮，生成齿形，处理好倒角等相关造型细节后，齿轮轴的最终效果如图259所示基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真47图259齿轮轴模型252中间轴的建模1点击进入草绘界面，绘制如图2510所示图形图2510轴草绘2旋转即可得到轴，并拉伸键槽，如图2511所示图2511旋转生成轴、拉伸键槽253低速轴的建模1点击进入草绘界面，绘制如图2512所示图形图2512轴草绘2旋转即可得到轴，并拉伸键槽，如图2513所示图2513旋转生成轴、拉伸键槽基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真4826箱体的建模1单击“拉伸”按钮，打开拉伸特征操控板。选择实体拉伸方式,关于草绘平面双向对称拉伸，设置拉伸深度为“211”依次选择“位置”“定义”进行草图的绘制，草图如图261所示图261草绘箱体毛坯2完成草图的绘制，拉伸后的实体如图262所示图262拉伸生产毛坯3对拉伸后的实体进行倒圆角等操作，建立抽壳特征，打开抽壳特征操控板。设定抽壳厚度为“10”。完成抽壳特征的建立。再次点击“拉伸”按钮建立箱体使用拉伸工具建立接合面基体，完成草图后进行两侧对称拉伸，如图263基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真49所示图263拉伸生成凸缘4再次使用拉伸工具完成底部特征的建模，方法如上分别使用拉伸工具建立轴承孔，如图264所示图264轴承座孔绘制5使用拉伸工具建立凸台，完成草图的绘制后，进行拉伸，则完成后的凸台如图265所示基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真50图265轴承座旁凸台绘制6打开“孔”按钮分别对零件进行安装孔，轴端密封安装孔及底座安装孔。在分别对零件进行“筋”特征建模完成后如图266所示图266孔和肋板的绘制7通过“拉伸”“切除”及“孔”命令建立排油孔特征。完成草图后，建模如图267所示图267放油孔的绘制8使用“拉伸”命令，建立吊耳，完成后如图268所示基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真51图268绘制吊耳9使用“拉伸”命令，建立窥视孔，完成后如图269所示图269绘制窥视孔10建立箱盖使用基准面切割实体，完成最终模型的建立，选择TOP基准平面，后单击“”命令，打开实体化特征操控板。选择切割方式，调整材料移除方向，则完成后实体如图2610所示图2610创建箱盖基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真521建立箱座使用基准面切割实体，完成最终模型的建立，选择TOP基准平面，后单击“”命令，打开实体化特征操控板。选择切割方式，调整材料移除方向，则完成后实体如图2611所示图2611创建箱座27其它减速器附件的建模其它附件的图形分别显示如图271ABCDEFGH所示图271A图271B基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真53图271C图271D图271E图271F基于PRO/E的二级减速器设计、三维建模、装配与运动仿真543基于PRO/E的减速器装配完成零件设计后，将设计的零件按设计要求的约束条件或连接方式装配在一起才能形成一个完整的产品或机构装置。利用PRO/E提供的“装配”模块可实现模型的组装。在P