《一級圓錐齒輪減速器的CAE技術畢業(yè)設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《一級圓錐齒輪減速器的CAE技術畢業(yè)設計（80頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 一級圓錐齒輪減速器的CAE技術 [摘要] 隨著科學技術和國民經(jīng)濟的發(fā)展，漸開線齒輪傳動減速器的需求量越來越大，質(zhì)量要求也越來越高，傳統(tǒng)的減速器設計方法己不能滿足用戶的需求，CAD/CAE技術的迅速發(fā)展使得它無論在機械、電子、航空、建筑等領域都獲得了成功的應用。這對于提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低成本和增強市場競爭力起了巨大的作用。對減速器進行CAD/CAE下的建模和仿真，是傳統(tǒng)技術和現(xiàn)代技術的緊密結(jié)合，它不但符合科技發(fā)展的規(guī)律，也會使各自的應用、研究及發(fā)展獲得意想不到的效果。Pro／MECHANICA Structure 是集靜態(tài)、動態(tài)結(jié)構(gòu)分析于一體的有限元模塊，它

2、不僅能夠模擬真實環(huán)境為模型施加約束及載荷，而且能夠測算模型的應力、應變、位移等參數(shù)，實現(xiàn)靜態(tài)、模態(tài)、翹曲、疲勞、動態(tài)響應、振動等分析。本課題主要以 Pro/E軟件為工具，進行了圓錐齒輪減速器的虛擬設計和運動仿真，齒輪齒闊的靜應力分析，完成了減速器的CAE過程。 [關鍵詞] 圓錐齒輪減速器 裝配 運動仿真 參數(shù)化設計 Pro/Mechanic Structure 有限元分析 The CAE technology of Level taper gear reducer Abstract：Al

3、ong with the science and technology and the national economy development, the demand of involute gears transmission reducer is biger and biger, the quality requirement is also higher and higher, and the design method of traditional gear reducer oneself can not satisfy the user’s the demand, the CAD/

4、CAE technology rapid development causes it regardless of in domains and so on machinery, electron, aviation, building has all obtained the successful application. This regarding play the huge role to enhance product performance and quality, reduce product development cycle, reduce the cost and stren

5、gthen the market competitive power。The gear for modeling and simulation under CAD/CAE is the combination of traditional and modern technology, it not only conform to the rules, also can make their application, research and development to acquire the result that is not expected. Pro／MECHANICA Struct

6、ure is a static and dynamic structural analysis in one of the finite element module，it not only simulate the real environment and impose restraint and load for a model, also can measure the model of stress, strain, displacement and other parameters, besides it can also realize the static, modal, war

7、ping, fatigue, dynamic response, vibration analysis, etc. This subject mainly make use of the Pro/E software to achieve taper gear reducer of virtual design and motion simulation, and the static stress anylsys of gear tooth, and complete CAE process of the reducer. Keywords： Taper gear reducer

8、 assembly Motion simulation Parametric design Pro/Mechanic Structure Finite element analysis 目 錄 1 引 言 1 1.1 概述 2 1.2 減速器的類型及綜合評價指標 3 1.2.1減速器的分類 3 1.2.2 綜合評價指標 3 1.3 減速器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 4 1.4計算機輔助技術在制造業(yè)中的

9、應用和發(fā)展現(xiàn)狀 5 1.4.1計算機仿真在制造業(yè)中的應用和發(fā)展現(xiàn)狀 5 1.4.2 CAD/CAE技術應用、研究現(xiàn)狀 7 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設計 12 2.1 傳動方案擬定 12 2.2 電動機類型選擇 12 2.3 確定傳動裝置的中傳動比和分配級傳動比 12 2.4 傳動裝置的運動和動力參數(shù)的設計 13 2.5 齒輪傳動設計 14 2.5.1選定齒輪傳動類型、材料、熱處理方式、精度等級 14 2.5.2按齒面接觸疲勞強度校核 14 2.5.3按齒跟彎曲強度設計 16 2.5.4齒輪幾何尺寸計算 17 2.5.5錐齒輪齒跟彎曲疲勞強度校核 19 2.5.6錐齒輪的結(jié)構(gòu)

10、 19 2.6 軸及軸承的設計與選擇 19 2.6.1求輸出軸、輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 19 2.6.2求作用在齒輪上的力 19 2.6.3初步確定軸的最小直徑 20 2.6.4軸的結(jié)構(gòu)設計 21 2.6.5求軸上的載荷 22 2.6.6按彎扭合成應力校核軸的強度 24 2.7箱體結(jié)構(gòu)設計 24 2.8潤滑方式及密封件選擇 26 3圓錐齒輪減速器的三維建模 27 3.1輸入、輸出軸的三維建模 27 3.1.1輸入軸的三維建模 27 3.1.2輸出軸的三維建模 29 3.2輸入、輸出軸上錐齒輪的參數(shù)化建模 29 3.2.1輸入軸上錐齒輪的參數(shù)化建模 29 3.

11、2.2輸出軸上錐齒輪的三維建模 36 3.3減速器箱體的三維建模 37 3.3.1減速器上箱體的建模 37 3.3.2減速器下箱體的三維建模 40 3.4軸承端蓋及其它零部件的三維建模 41 4 圓錐齒輪減速器的裝配與運動仿真 43 4.1裝配 43 4.1.1零件裝配基本流程 43 4.1.2裝配過程中常用的方法 43 4.1.3裝配齒輪減速器 44 4.2運動仿真 50 4.2.1運動仿真概述 50 4.2.2齒輪減速器的運動仿真 50 5 有限元分析 55 5.1 Pro/Mechanic Structure有限元分析 55 5.1.1Pro/Mechani

12、c Structure的主要功能 55 5.1.2Pro/Mechanic Structure的分析類型 56 5.1.3圓錐齒輪的有限元分析 56 5.1.4圓錐齒輪的有限元分析結(jié)果 63 總 結(jié) 64 致 謝 65 參考文獻 66 附 錄 67 III 1 引 言 原動機、傳動機和工作機（執(zhí)行機）是機械系統(tǒng)的三大基本構(gòu)成。原動機提供基本的運動和動力。工作機是機械具體功能的執(zhí)行系統(tǒng)，隨機械功能的不同，工作機的運動方式和結(jié)構(gòu)形式千差萬別。由于原動機運動的單一性、簡單性與工作機運動的多樣性、復雜性之間的矛盾，需用傳動機將原動機的運動和動力，如速度、力或力矩的大小和

13、方向等進行轉(zhuǎn)換并傳遞給工作機，以適應工作機的需要?？梢姡灰瓌訖C的運動和動力輸出不能滿足工作機的要求，傳動機的存在就是必然的。目前在工程實際中，廣泛使用的傳動裝置有齒輪傳動機構(gòu)，鏈傳動、皮帶傳動、蝸輪蝸桿傳動等。在普通齒輪傳動中，單級傳動比小，且由于重合度的限制，其承載能力受到一定的影響，因此研究一種新型，高性能的傳動裝置顯得十分必要。 在傳動裝置中，國內(nèi)外大多采用的是齒輪傳動及其變形，同時擺線針輪減速器等相繼研制成功并推廣使用。與齒輪減速器相比，連桿凸輪減速器的單級傳動比大；借助一齒差原理大幅度提高了重合度，因而承載能力提高；高副處為滾動摩擦因而摩擦力小，機械效率高。采用的是一齒差原理，

14、是一種傳動比大，承載能力大，機械效率高的傳動裝置。在擺線針輪減速器中轉(zhuǎn)臂軸承受力較大，其轉(zhuǎn)速又高于高速軸的轉(zhuǎn)速，而且轉(zhuǎn)臂軸承的尺寸又受到限制，故轉(zhuǎn)臂軸承成為薄弱環(huán)節(jié)。 為克服上述減速傳動的缺點并保留其優(yōu)點，實現(xiàn)機械傳動裝置的高性能、低成本和小型輕量化，從傳動原理上創(chuàng)新了一種新型的連桿凸輪減速器，該減速器與近年來成功研制的雙曲柄環(huán)板針擺行星減速器類似，不僅保留了環(huán)板式傳動可省去輸出機構(gòu)而輸出軸剛性好；轉(zhuǎn)臂軸承由行星輪內(nèi)移至行星輪外，尺寸不再受限制，從而傳遞的轉(zhuǎn)矩可以較現(xiàn)有的擺線針輪減速器更大等優(yōu)點，而且又保留了原擺線針輪行星減速器同時嚙合齒數(shù)多，總法向力與總圓周力間夾角小、擺線輪與針輪齒均為硬

15、齒面等本質(zhì)上的優(yōu)點，克服了現(xiàn)有以漸開線為齒形的諸種環(huán)板式減速器難以避免的缺點。因此，連桿凸輪減速器是一種體積小、重量輕、傳動比范圍大、傳動效率高、傳動平穩(wěn)、輸出軸剛性大、傳動轉(zhuǎn)矩范圍更大、并具有很高實用價值的新型減速器。 在我國CAD、CAE已經(jīng)得到了廣泛的應用，在大多數(shù)的大型制造企業(yè)已經(jīng)相當?shù)某墒?。因為CAD是輔助設計，不是輔助繪圖，設計不但要想到產(chǎn)品的機械模型，還應想到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析、運動機構(gòu)分析和生產(chǎn)加工處理等，只有這樣才能真正發(fā)揮CAD的作用。要真正做到這一點，單憑二維設計是不夠的，雖傳統(tǒng)制圖方法是通過二維視圖描述三維實體，但它做不到進一步的結(jié)構(gòu)、運動機構(gòu)分析和數(shù)控加工，不能真正做到

16、生產(chǎn)的自動化，甚至二維視圖描述會出現(xiàn)二意性和理解錯誤，于是必須找到更先進合理的三維設計手段，使CAD、CAM、CAE以及PDM容為一體?！　? 激烈市場競爭已使工業(yè)產(chǎn)品的設計與生產(chǎn)廠家清楚意識到：能更快地推出優(yōu)秀的新產(chǎn)品，就能占領更多的市場。為此，CAD/CAE方法作為能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的得力工具，被越來越頻繁地引入產(chǎn)品設計與生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，以提高競爭力。從設計產(chǎn)品和對性能的簡單校核，逐步發(fā)展到性能的準確預測，再到工作過程的精確模擬，使人們對CAD/CAE方法充滿信賴。計算機輔助技術已經(jīng)成為現(xiàn)代設計研究的主要手段和工具，在產(chǎn)品開發(fā)制造的各個階段發(fā)揮重大作用。 此次設計是在以前有關連桿凸輪減速

17、器的研究基礎上，基于現(xiàn)代化的CAD、CAE軟件對連桿凸輪減速器進行3D建模、虛擬裝配，構(gòu)造虛擬數(shù)字樣機進行各類進行動力學仿真與運動學仿真。該過程將方案設計、優(yōu)化設計、零件建模、動態(tài)模擬裝配、模態(tài)分析、高級渲染、動力學分析、運動仿真以及工程圖繪制等設計全過程集于一個軟件當中，這樣做可以更加有效地更加快捷地對產(chǎn)品進行設計，大大縮短產(chǎn)品設計研發(fā)周期，提高了產(chǎn)品設計的準確性，大大降低產(chǎn)品開發(fā)設計成本，全面實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化設計制造工程，提高產(chǎn)品的市場競爭力。本設計說明書介紹有關減速器的基本情況，了解連桿凸輪減速器的研發(fā)過程和工作原理，主要對該減速器的零件進行數(shù)字化3D建模設計和簡單裝配及運動仿真的研究。

18、 1.1 概述 減速器是指原動機與工作機之間獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速并相應的增大轉(zhuǎn)矩，它是機械系統(tǒng)的重要組成部分，并直接影響機械系統(tǒng)的性能。由齒輪、軸、軸承及箱體組成的齒輪減速器，用在原動機和工作機或執(zhí)行機構(gòu)之間，起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞扭矩的作用，在現(xiàn)代機械中應用極為廣泛，是一種不可缺少的機械傳動裝置此外；在某些場合，也有作增速的裝置，并稱為增速器。減速器是工程實際應用中常用的傳動裝置。就目前現(xiàn)有的機械系統(tǒng)發(fā)展情況來看，一般的機械系統(tǒng)通常包括三部分：原動機部分，執(zhí)行部分，傳動部分，其中傳動部分位于原動機與執(zhí)行部分之間。由于機械的功能是各式各樣的，所以要求的運動形式也是各式各樣的。同時，所

19、要克服的阻力也會隨著工作情況而異。但是原動機的運動形式、運動及動力參數(shù)卻是有限的，而且是確定的，這就提出了必須把原動機的運動形式、運動及動力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部分所需的運動形式、運動部分及運動參數(shù)問題，而這個任務就是傳動部分來完成的，因此，傳動系統(tǒng)是機械系統(tǒng)中不可缺少的重要部分。 另外，我們使用機械時，所用的原動機（電動機）其輸出轉(zhuǎn)速是一定的，如果要達到需要的轉(zhuǎn)速時，只需選用足夠大的傳動比即可，相反，如果采用低速電動機，經(jīng)濟上不劃算，且低速電機體積龐大。因此，在機械系統(tǒng)中，最主要的是傳動部分，其傳動裝置以減速器為代表。 1.2 減速器的類型及綜合評價指標 1.2.1減速器的分類 減速器的種

20、類很多，常見的減速器按其傳動和結(jié)構(gòu)特點可劃分為以下幾種： （1）齒輪減速器 主要有圓柱齒輪減速器，圓錐齒輪減速器和圓錐—圓柱齒輪減速器。 （2）蝸桿齒輪減速器 主要有圓柱蝸桿減速器，環(huán)面蝸桿減速器和錐蝸桿減速器 （3）蝸桿—齒輪減速器及齒輪—蝸桿減速器 （4）行星齒輪減速器 （5）擺線針輪減速器 （6）諧波齒輪減速器 上述六種減速器已有標準系列產(chǎn)品，使用時只需結(jié)合傳動功率，轉(zhuǎn)速，傳動比，工作條件和機器的總體布置等具體要求，從產(chǎn)品目錄或有關手冊中選擇便可。新型減速器的研發(fā)將為用戶提供更大的選擇范圍，并為現(xiàn)有減速器增添一種新傳動理論。 1.2.2 綜合評價指標 減速器性能

21、的綜合評價指標體系是減速器的一項重要的技術要求，一臺減速器性能的優(yōu)劣完全是由其綜合評價指標體系來體現(xiàn)的。往往產(chǎn)品在設計過程中必須遵循一定的指標，當設計完成后，又必須建立相應的評價體系看產(chǎn)品的實際情況可以達到多少。目前，減速器的評價體系包括以下幾方面： （1）傳動比 傳動比是減速器的重要指標，從而以滿足減速要求，目前減速器的傳動比種類很多，最小可是1，如果用三級圓柱齒輪減速器傳動比可達到500。 （2）效率 效率反映的是傳動系統(tǒng)傳遞動力的能力大小的指標。 （3）承載能力 與效率相似，承載能力亦是傳動系統(tǒng)的一個重要指標，它反映裝置在額定條件下，裝置單位重量所傳遞扭矩的多少。 （4）

22、制造成本 按照通俗的看法對產(chǎn)品的要求就物美價廉，制造成本反映的是指價廉，一臺產(chǎn)品必須在滿足傳動比、效率、承載能力、抗振、噪聲以外，力求節(jié)約成本，這樣才能在同類產(chǎn)品中具有競爭力。 （5）振動、噪聲 振動、噪聲也是機械系統(tǒng)的重要指標，降低噪聲和振動不但可以延長機器壽命而且可以體現(xiàn)機器在結(jié)構(gòu)上的緊湊性。 1.3 減速器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 當前所用原動機大都是電動機。在調(diào)速電機還沒完全普及時，減速器仍有較大潛力可挖，應用前景廣闊。減速器主要應用于機械制造、輕工、化工、冶金、礦山機械、運輸機械等行業(yè)，減速器的應用仍很廣。從生產(chǎn)方面來看，減速器的生產(chǎn)大部分由專門減速器廠生產(chǎn)。所以在供需方面減速器

23、并不是主導經(jīng)濟產(chǎn)品市場的，但它的市場前景是樂觀的。 就目前的工作過程應用中的減速器來分析，作為機械系統(tǒng)中起著重要作用的傳動部件來，減速器的局限性也非常明顯。 首先，從傳動比方面來說，作為一個重要的性能評價指標，傳動比并不是任意設定的，它的變化給減速器的設計帶來了數(shù)字變化的設計重復性。 其次，從效率方面來說，它是機械系統(tǒng)的重要評價指標，直接反映系統(tǒng)傳遞動力的能力大小，而傳遞的動力除受其輸出系統(tǒng)的影響外，就受減速器本身的影響，而目前采用的減速器均為傳動的機械傳動，例如，連桿凸輪減速器裝置在同類產(chǎn)品中應當算比較高的效率了，可以達99%以上，這在目前是一個極限數(shù)字。 最后，目前采用的減速器均使

24、用機械傳動。其接觸副均為點、線接觸。這將導致摩擦、誤差產(chǎn)生，從而使傳動效率降低。因此，常見的齒輪、蝸桿、滾子等減速器均是從傳統(tǒng)的設計思路來的，它們可以歸結(jié)為同一類型。所以減速器在其設計思路上有一定局限性。 當前齒輪減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問題。當前各國齒輪和齒輪減速器向著高承載能力、高齒面硬度、高轉(zhuǎn)速、高精度、高可靠性、高效率、低成本、低噪聲、標準化和多樣化方向發(fā)展，即六高、二低、二化發(fā)展的總趨勢。減速器和齒輪的設計與制造技術的發(fā)展，在一定程度上標志著一個國家的工業(yè)水平。 總之，隨著科技的進步，減速器領域?qū)幸淮未蟮耐黄?。然而，任何產(chǎn)品的發(fā)展都是以整個

25、行業(yè)為背景的，受各行業(yè)現(xiàn)有水平的限制，這也就是說減速器的發(fā)展仍會有較大的潛力可挖。 1.4計算機輔助技術在制造業(yè)中的應用和發(fā)展現(xiàn)狀 1.4.1計算機仿真在制造業(yè)中的應用和發(fā)展現(xiàn)狀 在工程技術界，系統(tǒng)仿真是通過對系統(tǒng)模型實驗，去研究一個存在或設計中的系統(tǒng)。計算機仿真已成為系統(tǒng)仿真的一個重要分支，系統(tǒng)仿真很大程度上指的就是計算機仿真。計算機仿真技術的發(fā)展與控制工程、系統(tǒng)工程及計算機工程的發(fā)展有著密切的聯(lián)系。一方面，控制工程、系統(tǒng)工程的發(fā)展，促進了仿真技術的廣泛應用；另一方面，計算機的出現(xiàn)以及計算機技術的發(fā)展，又為仿真技術的發(fā)展提供了強大的支撐?！∮嬎銠C仿真作為必不可少的工具，在減少損失、節(jié)約

26、經(jīng)費、縮短周期、提高質(zhì)量等方面發(fā)揮著重要作用?！　? （1）計算機仿真在制造業(yè)的應用和發(fā)展現(xiàn)狀 制造業(yè)在國民經(jīng)濟中一般都占有最大的比重，自70年代以來，全球性的市場競爭日益激烈，產(chǎn)品消費結(jié)構(gòu)不斷向多元化、個性化方向發(fā)展，產(chǎn)品的更新期和交貨期都在縮短，一些自動化技術如CAD、CAM、CAPP、NC、FMS、MRPⅡ及CIMS都得到快速發(fā)展。系統(tǒng)仿真作為一種重要手段，通?？梢詽B透到它們當中去，并幫助它們實現(xiàn)集成，從而促進了一些先進制造技術的發(fā)展。到80年代，仿真領域逐步轉(zhuǎn)向了制造系統(tǒng)，并且呈現(xiàn)出一種生機勃勃的局面?！　? 本質(zhì)上講，仿真技術就是建立仿真模型和對模型實驗的一種技術.計算機仿真過

27、程的實現(xiàn)一般都可由計算機高級語言、仿真語言和仿真軟件來完成?！〉湫偷姆抡孳浖蟹抡姝h(huán)境、仿真語言和程序包3種形式，其功能覆蓋是不完全相同的。從下到上，大體反映了仿真軟件的發(fā)展過程。到80年代中后期，開始出現(xiàn)了一體化仿真環(huán)境?，F(xiàn)在，面向制造系統(tǒng)的仿真出現(xiàn)了一體化支撐軟件，實現(xiàn)了仿真建模、仿真運行、輸出分析的集成環(huán)境，仿真監(jiān)控運用了并發(fā)執(zhí)行機制，在數(shù)據(jù)庫管理的基礎上實現(xiàn)了模型數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)、仿真結(jié)果的統(tǒng)一管理，人工智能技術也應用在仿真建模、仿真運行和仿真結(jié)果的分析中。 （2）計算機仿真的研究熱點及對制造業(yè)的影響 80年代以來，系統(tǒng)仿真不斷地朝著縱、橫方向發(fā)展，在制造業(yè)方面，一個比較明顯的進展

28、就是“虛擬制造”.根據(jù)虛擬制造的概念，整個產(chǎn)品的設計和制造首先在計算機上進行，這樣可以發(fā)現(xiàn)并解決該產(chǎn)品在制造之前可能出現(xiàn)的各種問題。　　 虛擬現(xiàn)實技術(VR——Virtual Reality)亦稱虛擬環(huán)境技術、靈境技術，是一種最有效地模仿人在自然環(huán)境中的視、聽、動等行為的高級人機交互技術.它是在綜合計算機圖形學、計算機仿真技術、傳感技術等多門科學技術的基礎上發(fā)展起來的。它有“靈境(Immersive)”和“交互感(Interactive)”2個基本特征。通過基本特征，虛擬現(xiàn)實技術能描述事物內(nèi)部及相互間真實的作用和交互，使用戶仿佛置身于一個虛擬的世界中，從而拉近了用戶與環(huán)境之間的距離，改變了

29、人機交流的方式。利用VR技術的這些特性，可以對產(chǎn)品的各個階段提供支持，例如在虛擬環(huán)境下設計產(chǎn)品及其生產(chǎn)流水線，測試和裝配產(chǎn)品的零部件，客戶可以驗證產(chǎn)品是否符合要求等。　　 近年來，計算機仿真技術在制造業(yè)應用的另一個研究熱點——虛擬產(chǎn)品開發(fā)也是引人注目的。虛擬產(chǎn)品開發(fā)(VPD——Virtual Product Development)首先源于并行工程（CE）思想。這種思想將現(xiàn)代先進的組織形式跟現(xiàn)代的哲學、文化混合為一體，是對產(chǎn)品設計及其相關過程(制造過、使用和支持過程)進行并行的、一體化設計的一種系統(tǒng)化模式的工作。CE能在產(chǎn)品開發(fā)一開始就考慮到投資、制造、裝配、銷售和維護及報廢等整個生命周期

30、的所有因素，這對解決產(chǎn)品設計與開發(fā)的矛盾非常有益。VPD就是在CE方法論的指導下，把CAD、CS和大規(guī)模產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)綜合起來，形成一個虛擬產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境，使產(chǎn)品開發(fā)人員能夠在這種環(huán)境下策劃產(chǎn)品、設計產(chǎn)品、預測產(chǎn)品在真實環(huán)境下的性能、特征以及真實工況下所具有的響應，從而減少反復和變更的次數(shù)，減少甚至取消制作物理原型樣機，如此就能很好地檢驗設計、指導和優(yōu)化設計，有效地縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期和大量地節(jié)省開發(fā)費用。VPD仿真技術是仿真技術發(fā)展的又一重要領域，它能深入到各種復雜產(chǎn)品的制造中，能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益?！　? 現(xiàn)在，仿真技術的應用已經(jīng)從單一的系統(tǒng)走向開放復雜的大系統(tǒng)。當仿真對象分布于廣闊的時空

31、領域，仿真任務要求將不同地理位置、不同類型(包括人在內(nèi))的仿真對象構(gòu)成一個統(tǒng)一整體進行仿真時，產(chǎn)生了分布交互化仿真(DIS)。這種仿真系統(tǒng)包含有不同類型的實體—虛體、真實實體和構(gòu)造實體，這些實體可以基于不同目的系統(tǒng)、不同年代的技術、不同廠商的產(chǎn)品和不同產(chǎn)品組成，并允許它們交互操作。DIS實現(xiàn)用計算機網(wǎng)絡將不同地點的仿真設備連接起來，通過實體間的數(shù)據(jù)交換構(gòu)成時空到合成仿真環(huán)境的一種先進仿真技術。在這種復雜的分布綜合的系統(tǒng)進行實時仿真時，必須提供快速、高效、大量的信息通道和相應的處理。美國是最早研究這種技術并投入使用的國家，已經(jīng)完成了多項基于虛擬仿真的DIS工程項目，相關的協(xié)議與標準已經(jīng)完成或正在

32、完成?！　? 在制造行業(yè)，已經(jīng)產(chǎn)生了類似于DIS的虛擬研究開發(fā)中心或虛擬企業(yè)。此外，為了適應快速變化的世界市場，克服單個企業(yè)難以在短期內(nèi)具備所需資源的局限性，出現(xiàn)了在一定時限內(nèi)，為了某一市場機遇，通過網(wǎng)絡臨時聯(lián)結(jié)的一種動態(tài)聯(lián)盟——虛擬企業(yè)?！　? 圍繞產(chǎn)品從概念設計到終止使用的整個生命周期，再從決策者、設計師、制造商、銷售商和用戶等全方位地去觀察和研究產(chǎn)品，仿真技術已顯示出它強大的生命力和發(fā)展?jié)摿??！∶嫦?1世紀，同其他領域一樣，制造領域的仿真技術的仿真規(guī)模正在不斷地擴大，仿真功能也在不斷地朝智能化、可視化、集成化、并行化、分布交互化的方向發(fā)展。 1.4.2 CAD/CAE技術應用、研究現(xiàn)狀

33、 （1） 國內(nèi)本領域的現(xiàn)狀 用CAD技術進行產(chǎn)品設計不但可以使設計人員“甩掉圖板”，更新傳統(tǒng)的設計思想，實現(xiàn)設計自動化，降低產(chǎn)品的成本，提高企業(yè)及其產(chǎn)品在市場上的競爭能力；還可以使企業(yè)由原來的串行式作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿凶鳂I(yè)，建立一種全新的設計和生產(chǎn)技術管理體制，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高勞動生產(chǎn)率。三維CAD造型技術也稱建模技術，它是CAD技術的核心。建模技術的研究、發(fā)展和應用，代表了CAD技術的研究、發(fā)展和應用。從20世紀60年代至今，三維建模技術的發(fā)展經(jīng)歷了線框建模、曲面建模、實體建模、特征建模、參數(shù)化建模、變量化建模，以及正在研究的產(chǎn)品集成建模、行為建模等發(fā)展過程。三維CAD以三維造型設計為

34、基礎，只要形成了三維模型，各種二維視圖唾手可得。三維CAD/CAE技術在產(chǎn)品的三維造型、虛擬狀配、工程圖生成、動態(tài)干涉檢驗、機構(gòu)運動分析和動態(tài)仿真、有限元分析等方面帶來了革命性得突破，提高了設計效率和設計質(zhì)量。三維設計的真正意義不僅僅在于設計模型本身，而是設計出模型的后處理工作?！　? 三維CAD/CAE技術主要包括以下內(nèi)容：三維造型/三維設計、計算機輔助工程分析、機構(gòu)運動分析/仿真、裝配干涉檢驗、三維轉(zhuǎn)二維、圖樣檔案管理等。利用這種全過程的三維CAD/CAE系統(tǒng)完成設計以后，不僅使設計對象的幾何形狀和性能滿足要求，而且使各方面的指標（強度、剛度、重量和成本等）都達到最佳狀態(tài)，這是計算機輔助設

35、計和輔助工程分析的根本目的。三維CAD/CAE符合設計者的思維習慣，可以充分發(fā)揮設計者創(chuàng)造力和想象力。三維 CAD/CAE技術不僅解決了產(chǎn)品設計和工程圖繪制的問題，更重要的是利用三維CAD/CAE技術實現(xiàn)產(chǎn)品的虛擬設計、運動仿真和優(yōu)化設計，所生產(chǎn)的三維零件可以直接與CAE/CAM/CAPP等CIMS技術進行數(shù)據(jù)交換和銜接，是將來實現(xiàn)無圖樣生產(chǎn)的關鍵技術之一，是實現(xiàn)虛擬制造的重要手段。掌握三維CAD/CAE技術的使用，已經(jīng)逐步同使用計算機進行文字處理一樣，成為產(chǎn)品開發(fā)、設計人員的一種基本技能?！　? 目前在我國CAD、CAE已經(jīng)得到了廣泛的應用，在大多數(shù)的大型制造企業(yè)已經(jīng)相當?shù)某墒?。但很多企業(yè)，

36、也只是做到用手工出圖轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C出圖的現(xiàn)狀，當然計算機出圖是有很多優(yōu)點的，漂亮、規(guī)范、修改容易、存檔方便等。但是如果只是停留在這個階段，就失去了CAD的作用，因為CAD是輔助設計，不是輔助繪圖。既然是設計就不但想到產(chǎn)品的機械模型，還應想到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析、運動機構(gòu)分析和生產(chǎn)加工處理等，只有這樣才能真正發(fā)揮CAD的作用。要真正做到這一點，單憑二維設計是不夠的，雖傳統(tǒng)制圖方法是通過二維視圖描述三維實體，但它做不到進一步的結(jié)構(gòu)、運動機構(gòu)分析和數(shù)控加工，不能真正做到生產(chǎn)的自動化，甚至二維視圖描述會出現(xiàn)二意性和理解錯誤，于是必須找到更先進合理的三維設計手段，使CAD、CAM、CAE以及PDM容為一體。為此

37、，CAD/CAE方法作為能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的得力工具，被越來越頻繁地引入產(chǎn)品設計與生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，以提高競爭力。從設計產(chǎn)品和對性能的簡單校核，逐步發(fā)展到性能的準確預測，再到工作過程的精確模擬，使人們對CAD/CAE方法充滿信賴。然而，提高產(chǎn)品競爭力不但需要提高產(chǎn)品的性能與質(zhì)量，而且要降低產(chǎn)品的成本，因此人們需要找到最合理和最經(jīng)濟的設計方案。雖然分析人員可以不厭其煩地在屏幕前一次次修改設計參數(shù)以尋找最理想方案，但縮短開發(fā)周期的壓力通常要求分秒必爭，人們可能沒有更多的時間對數(shù)據(jù)參數(shù)進行手工調(diào)整。于是，對CAD/CAE技術及其應用的研究也達到一個新高度?！　? （2）CAD/CAE協(xié)同設計 計算機

38、輔助技術已經(jīng)成為現(xiàn)代設計方法的主要手段和工具，而其中的CAE技術又成為現(xiàn)代設計流程的核心，CAE具有以下功能: (a) 應用數(shù)學模型，借助計算機分析計算，確保產(chǎn)品設計的合理性； (b) 與優(yōu)化技術配合，找出產(chǎn)品設計最佳方案 ； (c) CAE所起到的虛擬樣機作用能預測產(chǎn)品在整個生命周期內(nèi)的可靠性，甚至產(chǎn)品與產(chǎn)品、產(chǎn)品與環(huán)境等之間的相容性； (d) 知識的獲取是現(xiàn)代設計的關鍵，CAE才能真正提高設計者的知識技能，而其他手段通常都只能起到使設計者工作更順手、能更好地表達設計意圖等作用，較少增加關鍵知識?！　? 歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，CAE技術的應用已經(jīng)深入到設計流程的各個環(huán)節(jié)。CAE分析

39、利用現(xiàn)代計算機強大的數(shù)值計算能力所起到的“虛擬樣機”作用在很大程度上替代了傳統(tǒng)設計中資源消耗極大的“物理樣機驗證設計”過程，極大地縮短了設計周期、減少了成本。但是，目前眾多的設計單位將“CAD”與“CAE分析”截然分開，由不同的人或部門來完成設計與分析工作，存在工作和數(shù)據(jù)交接、結(jié)果等待和評判等過程，造成了整個設計流程的不暢通。事實上，在理想的現(xiàn)代設計過程中，CAE應該融入產(chǎn)品設計的各個階段和環(huán)節(jié)，實現(xiàn)設計分析一體化?！　? “CAE融入設計全過程”的觀點已經(jīng)得到世界上許多著名公司的廣泛認可。設計工程師將其工作經(jīng)驗與系列軟件相結(jié)合，以準確了解設計細節(jié)、及時把握設計方向，從而省時省錢，在競爭中取勝

40、?！　? （3）CAE優(yōu)化方法 設計過程實際上就是尋找最佳設計方案的過程。在保證產(chǎn)品達到某些性能目標并滿足一定約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設計變量，使產(chǎn)品的指標或性能達到最期望的目標，就是優(yōu)化方法。因此CAE優(yōu)化設計技術所起的作用是極其重要的，與常規(guī)的優(yōu)化技術相比，這種優(yōu)化技術可大大提高設計效率。它可進行如下工作： (a)在有限元分析矩陣上利用高階級數(shù)展開的方法求解目標函數(shù)與設計變量之間的復雜關系； (b)“一次有限元計算”即可完成整個優(yōu)化設計過程； (c)與CAD軟件聯(lián)合進行形狀參數(shù)優(yōu)化?！　? 優(yōu)化作為一種數(shù)學方法，通常是利用對解析函數(shù)求極值的方法來達到尋求最優(yōu)值的

41、目的?；跀?shù)值分析技術的CAE方法，顯然不可能對我們的目標得到一個解析函數(shù)，CAE計算所求得的結(jié)果只是一個數(shù)值。然而，樣條插值技術又使CAE中的優(yōu)化成為可能，多個數(shù)值點可以利用插值技術形成一條連續(xù)的可用函數(shù)表達的曲線或曲面，如此便回到了數(shù)學意義上的極值優(yōu)化技術上來。樣條插值方法當然是種近似方法，通常不可能得到目標函數(shù)的準確曲面，但利用上次計算的結(jié)果再次插值得到一個新的曲面，相鄰兩次得到的曲面的距離會越來越近，當它們的距離小到一定程度時，可以認為此時的曲面可以代表目標曲面。那么，該曲面的最小值，便可以認為是目標最優(yōu)值。這就是CAE方法中的優(yōu)化處理過程，其通常需要經(jīng)過參數(shù)化建模、求解、優(yōu)化參數(shù)評價

42、等步驟完成?！　? 現(xiàn)代CAE技術的發(fā)展已使人們的分析領域擴展到了各行各業(yè)的每個角落，所研究問題的深度及綜合程度都在逐步提高，研究者的目光已從單一場分析轉(zhuǎn)向了多場耦合分析，以追求更為真實的模擬結(jié)果。CAE軟件的優(yōu)化技術的適應范圍也必然隨之擴展，不但要求它能解決各種單場問題，而且應該能處理多場耦合過程的優(yōu)化。　　 （4）CAD/CAE技術發(fā)展趨勢 現(xiàn)代產(chǎn)品設計力求高效率、高質(zhì)量、低成本，這對CAE分析工具也提出了更高的要求：有足夠技術手段來真實地模擬產(chǎn)品工作行為。即真實模擬，它涉及到許多高難問題：高度非線性、多物理場耦合及產(chǎn)品系統(tǒng)級復雜裝配體模型等。把設計工作的實際經(jīng)驗和計算機技術結(jié)合起來,

43、將提高系統(tǒng)的實用性和先進性?！　? 因此，分析面廣、分析程度深、分析對象復雜及應用便捷是現(xiàn)代CAE應用的發(fā)展方向，只有在這樣的分析手段配置下，才能真正解決“真實模擬”的問題?！　? 因而在這樣的背景下，CAD技術主要具有以下幾方面的發(fā)展趨勢∶ 標準化、開放性、集成化、智能化和虛擬現(xiàn)實(VR)與CAD的集成。　　 這種趨勢將體現(xiàn)在以下幾方面∶ 真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實、面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)、多相多態(tài)介質(zhì)耦合、多物理場耦合以及多尺度耦合分析、適應于超級并行計算機和機群的高性能CAE求解技術、GUI＋多媒體的用戶介面?！　? （5）CAD/CAE技術應用展望 CAD/CAE技術的

44、發(fā)展必定推動其應用范圍的擴大和層次的加深，在產(chǎn)品開發(fā)制造的各個階段發(fā)揮更大的作用?！　? (a)概念設計階段主要進行較為詳細的、帶有一定目標性的預演。主要有三個方面的應用：市場調(diào)研；技術設計，包括各種方案的計算機效果模擬和分析仿真論證；評估、準備相關生產(chǎn)設施?！　? (b)在概念設計完成以后，緊接著就是詳細設計。這一階段要繪制各種零部件圖樣，確定彼此間的裝配關系，評估產(chǎn)品的性能(結(jié)構(gòu)強度、剛度、動力特性和生產(chǎn)性等)。該階段需要操作簡單、使用方便的CAE軟件，以便用最少的時間完成評估工作?！? (c)樣機制造階段是根據(jù)詳細設計提供的模型或數(shù)據(jù)完成試驗樣機的加工制造。該階段是生產(chǎn)階段，所以較少使用

45、CAE軟件，但可以用一些專業(yè)軟件，如鑄造分析軟件、板料成形軟件來指導生產(chǎn)?！　? (d)產(chǎn)品測試評估階段主要是利用各種測試和評估手段對產(chǎn)品成本、產(chǎn)品性能、產(chǎn)品質(zhì)量和加工特性做出全面真實的評價，從而為設計更改和產(chǎn)品的生產(chǎn)提供可靠依據(jù)。 隨著科學技術和國民經(jīng)濟的發(fā)展，漸開線齒輪傳動減速器的需求量越來越大，質(zhì)量要求也越來越高，傳統(tǒng)的減速器設計方法己不能滿足用戶的需求，CAD/CAM技術的迅速發(fā)展使得它無論在機械、電子、航空、建筑等領域都獲得了成功的應用。這對于提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低成本和增強市場競爭力起了巨大的作用。　 總之，對連桿減速器進行CAD/CAE下的建模和仿真，是傳

46、統(tǒng)技術和現(xiàn)代技術的緊密結(jié)合，它不但符合科技發(fā)展的規(guī)律，也會使各自的應用、研究及發(fā)展獲得意想不到的效果。 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設計 2.1 傳動方案擬定 （1）工作條件：使用年限10年，300天為一年，工作為兩班工作制。 （2）原始數(shù)據(jù)：變速箱傳遞作功率約為1.8(KW)； n1w為250r/min； 傳動比為2.3； 軸夾角∑為90。 方案擬定：由設計要求知采用V帶傳動與一級圓錐齒輪傳動，即可滿足傳動比要求。 2.2 電動機類型選擇 （1）電動機類型和結(jié)構(gòu)的選擇： 選擇Y系列三相異步電動機，此系列電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格低廉，維護方

47、便，適用于不易燃，不易爆，無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械。 （2）電動機功率選擇 式Ｐd＝ＰＷ／η總　 (kw) 其中η總為電動機至工作機之間傳動裝置的總效率。 η總=η１η２2η３ 式中：η1、η2、η3、分別為齒輪傳動、軸承、帶傳動的傳動效率。 取η１=0.96，η２＝0.98，η３＝0.96，則：　η總=0.960.9820.96 =0.89. 所以：電機所需的工作功率： Ｐd＝ＰＷ／η總＝2.02(KW) （3）確定電動機轉(zhuǎn)速 nd＝ixnw＝2.3x250＝575r/min 根據(jù)所得電動機轉(zhuǎn)速查取手冊選擇電動機型號為：Y112M—6，其同步轉(zhuǎn)速為10

48、00r/min，滿載轉(zhuǎn)速為940 r/min，額定功率2.2KW。 2.3 確定傳動裝置的中傳動比和分配級傳動比 由選定的電動機滿載轉(zhuǎn)速nm和工作機主動軸轉(zhuǎn)速nw （1）可得傳動裝置總傳動比為： ia=nm/nw= 940/250=3.76 總傳動比等于各傳動比的乘積 分配傳動裝置傳動比 ia=i0i （式中i0、i分別為帶傳動 和減速器的傳動比） （2）分配各級傳動裝置傳動比： 根據(jù)設計要求，取i=2.3 所以： i0=1.63 2.

49、4 傳動裝置的運動和動力參數(shù)的設計 將傳動裝置各軸由高速至低速依次定為Ⅰ軸，Ⅱ軸： i0,i1，......為相鄰兩軸間的傳動比 η01，η12，......為相鄰兩軸的傳動效率 PⅠ，PⅡ，......為各軸的輸入功率 （KW） TⅠ，TⅡ，......為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 （Nm） nⅠ,nⅡ,......為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 （r/min） 圖1.1傳動裝置簡圖 （1）各軸轉(zhuǎn)速 Ⅰ軸：nⅠ=nm/ i0 =940/1.63=575(r/min） Ⅱ軸：nⅡ= n1w=250(r/min) （2）各軸功率

50、 Ⅰ軸： PⅠ=Pdη01 =2.020.96=1.94（KW） Ⅱ軸： PⅡ= PⅠη12 =1.940.960.98=1.8（KW） （3）各軸轉(zhuǎn)矩 電動機軸輸出轉(zhuǎn)矩為： Td=9550Pd/nm=95502.02/940=20.52 Nm Ⅰ軸： TⅠ= Tdi0η01=32.2 Nm Ⅱ軸： TⅡ= TⅠi1η12=32.22.30.960.98=69.7 Nm 運動和動力參數(shù)的計算數(shù)值見下表： 表2.1運動和動力參數(shù)表 轉(zhuǎn)速/r/min 功率/KW 轉(zhuǎn)矩/ Nm Ⅰ軸 575 1.94 32.

51、2 Ⅱ軸 250 1.8 69.7 2.5 齒輪傳動設計 2.5.1選定齒輪傳動類型、材料、熱處理方式、精度等級 （1）齒輪類型由設計要求知選用標準直齒錐齒輪。 （2）通用減速器的傳動精度范圍為6—8級，故選用7級精度。 （3）查表選用小齒輪的材料為40cr(調(diào)質(zhì)處理)，硬度為280HBS；大齒輪的材料為45鋼（調(diào)制處理），硬度為240HBS。二者材料的硬度差為40HBS. 初選小齒輪的齒數(shù)為Z1=22 則大齒輪的齒數(shù)為Z2=2.322=51。 2.5.2按齒面接觸疲勞強度校核 計算小齒輪分度圓直徑 d1≥2.92 確定公式內(nèi)各參數(shù)值 （1）試選

52、載荷系數(shù)Kt=1.3 （2）小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 T1=9.55106PⅠ/n1=2. 99104 Nmm （3） 齒寬系數(shù) 取=0.33 （4）材料彈性影響系數(shù) 查表得 ZE= 189.8 （5）查表得 小齒輪的接觸疲勞強度極限 大齒輪的接觸疲勞強度極限 （6）計算應力循環(huán)次數(shù) N1=60n1jLh=605751(2830015) =2. 484109 N2=1.08109 （7）計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1. 計算 （1） 試算小齒輪分度圓直徑d1，代入[]中較小的值 d1≥2.92 =55.4m

53、m （2）計算小齒輪的圓周速度 （3）計算齒寬b Rt=d1/2=69.5 =b/R得 b=Rt =22.9 mm （4） 計算mt mt= d1/z1=55.4/22=2.52 （5）計算載荷系數(shù) 根據(jù)小齒輪的圓周速度V=1.39，7級精度，查圖得 動載荷系數(shù)Kv=1.03 齒間載荷分配系數(shù) KHa=KFa=1 使用系數(shù) KN=1.00 齒向載荷分布系數(shù) KH= KF=1.5 KHbe 查表得 KHbe=1.25， 則KH= KF=1.51.25=1.875 齒形系數(shù)和應力校正系數(shù) YFa YSa 由于當量齒數(shù)

54、Zv1=Z1/cos=24 Zv2= Z2/cos(90-)=129 查表得 YFa1=2.65 YSa1=1.58 YFa2=2.16 YSa2=1.81 故載荷系數(shù) K=KAKv KHa KH=1.93 （6）按實際載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 d1= d1=63.2mm （7）計算模數(shù) m= d1/Z1=63.2/22=2.87 2.5.3按齒跟彎曲強度設計 由設計計算公式 m≥ 確定公式內(nèi)各參數(shù)值 （1）由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限

55、 = 大齒輪的彎曲疲勞強度極限 = （2）由圖差得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=0.85 KFN2=0.9 （3）取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 得 []=KFN1/S= []=KFN2/S= （4）計算載荷系數(shù) K=KAKv KFaKF=1.931 （5）齒形系數(shù) YFa1=2.65 YFa2=2.16 YSa1=1.58 YS a2=1.81 （6）計算大、小輪的 并加以比較 設計計算 m≥ 對比計算結(jié)果，得齒面接觸

56、疲勞強度計算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞強度的模數(shù)。由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關，可取彎曲強度算得的模數(shù)2.43，并圓整為標準值m=2.5mm。 接觸強度算得的分度圓直徑d1=63.2mm，算出 小齒輪齒數(shù) Z1= d1/m=63.2/2.5≈25 大齒輪齒數(shù) Z2=2.525≈58 這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 2.5.4齒輪幾何尺寸計算 （1）計算分度圓直徑 d1= Z1m=252.5=62.5mm d2 =

57、 Z2m=145mm （2）計算齒輪寬度 b=R R=d1 =78.4 b=0.3378.4=25.9 標準直齒錐齒輪傳動的幾何參數(shù)及尺寸（） 表2.2錐齒輪傳動的幾何參數(shù)和尺寸 名稱 代號 計算公式 小齒輪 大齒輪 分錐角 =arctan(z1/z2)=23.32 =90-23.32=66.68 吃頂高 ha Ha=ha*m=1m=2.5mm 齒根高 hf Hf=( ha*+c*)m=1.2b=3mm 分度圓d d d1=mZ1=62.5mm d2=145mm 齒頂圓d da da1=d1+

58、2hacos=67.1mm da2=147.0mm 齒根圓d df df1=d1-2hf cos=57.0 df2=142.6 錐距 R d1=78.4 齒根角 tan=hf/R=2.19 頂錐角 根錐角 分度圓齒厚 s s= 當量齒數(shù) Z Z=Z/ cos=27 Z=147 齒寬 B B= 齒數(shù) Z Z=25 Z=58 2.5.5錐齒輪齒跟彎曲疲勞強度校核 故 同樣可得： 并且： 由上可得： , 故滿足齒根彎曲疲勞強度的要求。

59、 2.5.6錐齒輪的結(jié)構(gòu) 由于小齒輪及大齒輪的齒頂圓直徑小于160mm , 故可將大、小齒輪做成實心結(jié)構(gòu)的齒輪。 2.6 軸及軸承的設計與選擇 2.6.1求輸出軸、輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 由前面計算可得： 表2.3運動和動力參數(shù)表 轉(zhuǎn)速/r/min 功率/KW 轉(zhuǎn)矩/ Nm Ⅰ軸 575 1.94 32.2 Ⅱ軸 250 1.8 69.7 2.6.2求作用在齒輪上的力 其齒輪受力如2.2圖所示： 圖2.2齒輪受力圖 輸出軸上的齒輪： 圓周力：

60、 徑向力： 壓力角 軸向力： 其中由錐齒輪的受力分析可知; 且 (為輸入軸上的齒輪所受的力) 2.6.3初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為45鋼，調(diào)制處理。查表得A0=110： 確定 輸入軸與帶輪相連接，令 輸出軸與聯(lián)軸器相連接，其輸出軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器出軸的直徑。為使所選的軸的最小直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需要同時選取聯(lián)軸器的型號。 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩：,查表取。 則：=104.6Nm 按照計算轉(zhuǎn)矩應小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查表選用LX1型號的彈性柱銷聯(lián)

61、軸器。其公稱轉(zhuǎn)矩為250Nm，半聯(lián)軸器孔徑d1=24mm(j1型)。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L=38mm。 2.6.4軸的結(jié)構(gòu)設計 （1） 根據(jù)周向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 根據(jù)零件設計要求及裝配要求最終所確定的軸的各段直徑和長度如下圖所示： 輸出軸： 圖2.3輸出軸簡圖 輸入軸： 圖2.4輸入軸簡圖 （2） 軸上零件的周向定位 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。 根據(jù)結(jié)構(gòu)要求查表選擇： 18的軸鍵：bhL

62、=6628 22的軸鍵：bhL=6622 24的軸鍵：bhL=8728 32的軸鍵：bhL=10822 （3） 確定軸上的圓角和倒角尺寸 查表選擇，取軸端倒角為145，軸肩處的圓角半徑裝配圖 2.6.5求軸上的載荷 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，做出軸的計算簡圖，并且根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖，如圖2.5和2.6所示。 其中軸的支反力可根據(jù)靜力平衡方程計算得出： 圖2.5輸出軸的彎扭圖

63、 圖2.6輸入軸的彎扭圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖可以看出截面C是軸的危險截面，現(xiàn)將危險截面 C處所受的支反力、彎矩、和扭矩列于表2.4。 表2.4輸入、輸出軸的彎扭和支反力 輸出軸 輸入軸 載荷 水平面 垂直面 水平面 垂直面 支反力/N 彎矩M 總彎矩/Nm 扭矩T/Nm 69.7 32.2 2.6.6按彎扭合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取，則

64、： 輸出軸： 前面已選定軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，查表得： ， 因此， 故滿足強度校核。 輸入軸：同上， 故也滿足強度校核。 2.7箱體結(jié)構(gòu)設計 （1） 窺視孔和窺視孔蓋在減速器上部可以看到傳動零件嚙合處要開窺視孔，以便檢查齒面接觸斑點和赤側(cè)間隙，了解嚙合情況。潤滑油也由此注入機體內(nèi)。窺視孔上有蓋板，以防止污物進入機體內(nèi)和潤滑油飛濺出來。 （2）放油螺塞減速器底部設有放油孔，用于排出污油，注油前用螺塞賭注。 （3）油標油標用來檢查油面高度，以保證有正常的油量。油標有各種結(jié)構(gòu)類型，有的已定為國家標準件。

65、 （4）通氣器減速器運轉(zhuǎn)時，由于摩擦發(fā)熱，使機體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，導致潤滑油從縫隙向外滲漏。所以多在機蓋頂部或窺視孔蓋上安裝通氣器，使機體內(nèi)熱漲氣自由逸出，達到集體內(nèi)外氣壓相等，提高機體有縫隙處的密封性能。 （5）啟蓋螺釘機蓋與機座結(jié)合面上常涂有水玻璃或密封膠，聯(lián)結(jié)后結(jié)合較緊，不易分開。為便于取蓋，在機蓋凸緣上常裝有一至二個啟蓋螺釘，在啟蓋時，可先擰動此螺釘頂起機蓋。在軸承端蓋上也可以安裝啟蓋螺釘，便于拆卸端蓋。對于需作軸向調(diào)整的套環(huán)，如裝上二個啟蓋螺釘，將便于調(diào)整。 （6）定位銷 為了保證軸承座孔的安裝精度，在機蓋和機座用螺栓聯(lián)結(jié)后，鏜孔之前裝上兩個定位銷，孔位置盡量遠些。如機

66、體結(jié)構(gòu)是對的，銷孔位置不應該對稱布置。 （7）調(diào)整墊片調(diào)整墊片由多片很薄的軟金屬制成，用一調(diào)整軸承間隙。有的墊片還要起調(diào)整傳動零件軸向位置的作用。 （8）環(huán)首螺釘、吊環(huán)和吊鉤在機蓋上裝有環(huán)首螺釘或鑄出吊環(huán)或吊鉤，用以搬運或拆卸機蓋。 （9）密封裝置 在伸出軸與端蓋之間有間隙，必須安裝密封件，以防止漏油和污物進入機體內(nèi)。密封件多為標準件，其密封效果相差很大，應根據(jù)具體情況選用。 箱體結(jié)構(gòu)尺寸選擇如下表2.5： 表2.5箱體結(jié)構(gòu)尺寸 名稱 符號 減速器的尺寸關系 箱座壁厚 δ 8 箱蓋壁厚 δ1 8 箱座凸緣厚度 b 12 箱蓋凸緣厚度 b 1 12 箱座底凸緣厚度 b 2 20 地腳螺釘直徑 df 20 地腳螺釘數(shù)目 n 4 軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓直徑 d1 10 蓋與座聯(lián)接螺栓直徑 d2 6 連接螺栓d2的間距 l 150-200