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北京工業(yè)大學(xué)耿丹學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 基于 Solidwork 的行星齒輪的三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真 所 在 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 老 師 年 月 日 摘 要 行星齒輪減速器是一種至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線繞著固定位置轉(zhuǎn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)的 傳動(dòng) 變速器通常和若干行星輪和傳遞載荷的作用 為了使功率分流 漸開(kāi)線行星齒 輪傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn) 傳動(dòng)比大 結(jié)構(gòu)緊湊 體積小 質(zhì)量小 效率高 噪音低 運(yùn) 轉(zhuǎn)平穩(wěn) 因此被廣泛應(yīng)用于冶金 工程機(jī)械 起重 運(yùn)輸 航空 機(jī)床 電氣機(jī)械及 國(guó)防工業(yè)等部門 作為減速 變速或增速的齒輪傳動(dòng)裝置 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理 當(dāng)高速軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng) 帶動(dòng)太陽(yáng)輪 然后帶動(dòng)行 星輪轉(zhuǎn)動(dòng) 內(nèi)齒圈固定 然后帶動(dòng)行星架輸出運(yùn)動(dòng)的 在行星架上的行星輪既自轉(zhuǎn)和 公轉(zhuǎn) 具有相同的結(jié)構(gòu) 二級(jí) 三級(jí)或多級(jí)傳輸 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由太陽(yáng) 齒輪 行星齒輪 內(nèi)齒圈 行星架 命名為基本成分后 也被稱為 zk h 型行星齒輪傳 動(dòng)機(jī)構(gòu) 本設(shè)計(jì)是基于行星齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 和 SolidWorks 三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真 行星齒 輪和各種類型的特性的比較 確定方案 其次根據(jù)輸入功率 相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)速 傳動(dòng) 比的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 三維建模并最終完成了 SolidWorks 和模型的裝配 并完成了傳動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)仿真和運(yùn)動(dòng)分析 關(guān)鍵詞 行星齒輪減速器 運(yùn)動(dòng)仿真 裝配 三維建模 Abstract Planetary gear reducer is driving a at least one gear geometric axis rotated around a circular motion of fixed position the transmission is usually and planetary gear and transfer load in order to make the power split Involute planetary gear transmission has the following advantages large transmission ratio compact structure small volume small mass high efficiency low noise smooth operation so it is widely used in metallurgy engineering machinery lifting transportation aviation machine tools electrical machinery and defense industry and other departments as gear reducer gear or the growth The transmission principle of NGW type planetary gear transmission mechanism when the high speed shaft driven by a motor to drive the sun gear and the planet wheel is driven to rotate the inner gear ring is fixed and then drives the planetary frame outputting motion on the planet carrier planet wheel both rotation and revolution has the same structure The two level three level or multilevel transmission The NGW type planetary gear transmission mechanism mainly consists of a sun gear planet gear inner gear ring a planetary frame named after the basic components also known as the ZK H type planetary gear transmission mechanism This design is the design of planetary gear structure based on SolidWorks and 3D modeling and motion simulation Comparison of characteristics of planetary gears and various types of determination scheme secondly according to the input power the output speed of the overall design transmission design ratio 3D modeling and finished SolidWorks assembly and model and the motion simulation and motion analysis of the transmission part Keywords planetary gear reducer assembly motion simulation 3D modeling 目 錄 摘 要 1 Abstract 2 第 1 章 緒論 5 1 1 國(guó)內(nèi)外的研究狀況及其發(fā)展方向 5 1 2 SOLIDWORKS 行星齒輪的選題分析及設(shè)計(jì)內(nèi)容 6 1 3 主要的工作內(nèi)容 6 第 2 章 NGW 型行星輪減速器方案確定 8 2 1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的確定 8 2 2 周轉(zhuǎn)輪系部分的選擇 8 2 3 NGW 型行星輪減速器方案確定 8 2 4 行星輪系中各輪齒數(shù)的確定 11 第 3 章 NGW 型行星減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 3 1 基本參數(shù)要求與選擇 13 3 1 1 基本參數(shù)要求 13 3 1 2 電動(dòng)機(jī)的選擇 13 3 2 方案設(shè)計(jì) 13 3 2 1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 13 3 2 2 齒形及精度 14 3 2 3 齒輪材料及性能 14 3 3 齒輪的計(jì)算與校核 15 3 3 1 配齒數(shù) 15 3 3 2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù) 15 3 3 3 按彎強(qiáng)度曲初算模數(shù) m 18 3 3 4 齒輪疲勞強(qiáng)度校核 19 3 4 軸上部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 25 3 4 1 軸的計(jì)算 25 3 4 2 行星架設(shè)計(jì) 30 3 5 鍵的選擇與校核 34 3 5 1 鍵的選擇 34 3 5 2 鍵的校核 35 3 6 聯(lián)軸器的選擇 36 3 7 箱體尺寸及附件的設(shè)計(jì) 37 第 4 章 SOLIDWORKS 的建模與運(yùn)動(dòng)仿真 42 4 1 建模軟件的介紹 42 4 2 行星齒輪機(jī)構(gòu)的建模 42 4 2 1 對(duì)行星齒輪的建模 42 4 2 2 行星齒輪其他部件的建模 44 4 3 行星齒輪機(jī)構(gòu)的虛擬裝配 46 4 4 裝配體的實(shí)現(xiàn) 57 4 5 減速機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真 59 4 5 1 仿真一般步驟 59 4 5 2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的任務(wù)和方法 60 4 5 3 運(yùn)動(dòng)的生成 61 4 5 4 運(yùn)動(dòng)分析 61 總 結(jié) 63 參考文獻(xiàn) 64 致 謝 65 第 1 章 緒論 1 1 國(guó)內(nèi)外的研究狀況及其發(fā)展方向 國(guó)內(nèi)對(duì)行星齒輪傳動(dòng)比較深入的研究最早開(kāi)始于 20 世紀(jì) 60 年代后期 20 世 紀(jì) 70 年代制定了 NGW 型漸開(kāi)線行星齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)系列 JB1799 1976 一些專業(yè) 定點(diǎn)廠已成批生產(chǎn)了 NGW 型標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品 使用效果很好 已研制成功高速大功率 的多種行星齒輪減速器 如列車電站燃?xì)廨啓C(jī) 3000KW 高速氣輪機(jī) 500KW 和 萬(wàn)立方米制氧透平壓縮機(jī) 6300KW 的行星齒輪箱 低速大轉(zhuǎn)矩的行星齒輪減速器已 成批生產(chǎn) 如礦井提升機(jī)的 XL 30 型行星齒輪減速器 800kW 雙滾筒采煤機(jī)的行 星齒輪減速器 375kW 世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家 如 日本 德國(guó) 英國(guó) 美國(guó)和俄羅斯等 對(duì)行星 齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用 生產(chǎn)和研究都十分重視 在結(jié)構(gòu)化 傳動(dòng)性能 傳遞功率 轉(zhuǎn)矩和 速度等方面均處于領(lǐng)先地位 并出現(xiàn)了一些新型的傳動(dòng)技術(shù) 如封閉行星齒輪傳動(dòng) 行星齒輪變速傳動(dòng)和微型行星齒輪傳動(dòng)等早已在現(xiàn)代的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備中獲得了成功的 應(yīng)用 世界各先進(jìn)工業(yè)國(guó)家 經(jīng)由工業(yè)化 信息時(shí)代化 正在進(jìn)入知識(shí)化時(shí)代 行星齒 輪傳動(dòng)在設(shè)計(jì)上日趨完善 制造技術(shù)不斷進(jìn)步 使行星齒輪傳動(dòng)已達(dá)到較高的水平 我國(guó)與世界先進(jìn)水平雖存在明顯的差距 但隨著改革開(kāi)放帶來(lái)設(shè)備引進(jìn) 技術(shù)引進(jìn) 在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)方面取得很大的進(jìn)步 目前行星齒輪傳動(dòng)正在向以下幾個(gè)方 面發(fā)展 1 向高速大功率及低速大轉(zhuǎn)矩的方向發(fā)展 例如年產(chǎn) 300kt 合成氨透平壓縮機(jī)的 行星齒輪增速器 其齒輪圓周速度已達(dá) 150m s 日本生產(chǎn)了巨型船艦推進(jìn)系統(tǒng)用的行 星齒輪箱 功率為 22065kW 大型水泥磨中所用 80 125 型行星齒輪箱 輸出轉(zhuǎn)矩高 達(dá) 4150kN m 在這類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造中需要繼續(xù)解決均載 平衡 密封 潤(rùn)滑 零 件材料與熱處理及高效率 長(zhǎng)壽命 可靠性等一系列設(shè)計(jì)制造技術(shù)問(wèn)題 2 向無(wú)級(jí)變速行星齒輪傳動(dòng)發(fā)展 實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速就是讓行星齒輪傳動(dòng)中三個(gè)基本 構(gòu)件都傳動(dòng)并傳遞功率 這只要對(duì)原行星機(jī)構(gòu)中固定的構(gòu)件附加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng) 如采用液 壓泵及液壓馬達(dá)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn) 就能成為變速器 3 向復(fù)合式行星齒輪傳動(dòng)發(fā)展 近年來(lái) 國(guó)外將蝸桿傳動(dòng) 螺旋齒輪傳動(dòng) 圓錐 齒輪傳動(dòng)與行星齒輪傳動(dòng)組合使用 構(gòu)成復(fù)合式行星齒輪箱 其高速級(jí)用前述各種定 軸類型傳動(dòng) 低速級(jí)用行星齒輪傳動(dòng) 這樣可適用相交軸和交錯(cuò)軸間的傳動(dòng) 可實(shí)現(xiàn) 大傳動(dòng)比和大轉(zhuǎn)矩輸出等不同用途 充分利用各類型傳動(dòng)的特點(diǎn) 克服各自的弱點(diǎn) 以適應(yīng)市場(chǎng)上多樣化需要 4 向少齒差行星齒輪傳動(dòng)方向發(fā)展 這類傳動(dòng)主要用于大傳動(dòng)比 小功率傳動(dòng) 1 2 SOLIDWORKS 行星齒輪的選題分析及設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)以本設(shè)計(jì)基于 Solidworks 便于交互及強(qiáng)大的二維 三維繪圖功能 先確定 總體思路 設(shè)計(jì)總體布局 然后設(shè)置零部件 最后完成一個(gè)完整的設(shè)計(jì) 利用 SOLIDWORKS 模塊實(shí)現(xiàn)裝配中零部件的裝配 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真等功能 行星齒輪減速器的體積 重量及其承載能力主要取決于傳動(dòng)參數(shù)的選擇 設(shè)計(jì)問(wèn) 題一般是在給定傳動(dòng)比和輸入轉(zhuǎn)矩的情況下 確定各輪的齒數(shù) 模數(shù)和齒寬等參數(shù) 其中優(yōu)化設(shè)計(jì)采用 Solidworks 自帶的模塊 模擬真實(shí)環(huán)境中的工作狀況進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿 真 對(duì)元件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析 減速器作為獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)元部件 由于應(yīng)用范圍極廣 其產(chǎn)品必須按系列化進(jìn)行設(shè)計(jì) 以便于制造和滿足不同行業(yè)的選用要求 針對(duì)其輸人功率和傳動(dòng)比的不同組合 可獲 得相應(yīng)的減速器系列 在以往的人工設(shè)計(jì)過(guò)程中 在圖紙上盡管能實(shí)現(xiàn)同一機(jī)座不同 規(guī)格的部分系列表示 但其圖形受到極大限制 采用 Solidworks 工具來(lái)實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程 不僅能完善上述工作 方便設(shè)計(jì)操作 而且使系列產(chǎn)品的技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù) 圖形庫(kù)的建立 查詢成為可能 使設(shè)計(jì)速度加快 在設(shè)計(jì)過(guò)程中 我利用互聯(lián)網(wǎng)對(duì)本課題的各設(shè)計(jì)步 驟與任務(wù)進(jìn)行了詳細(xì)了解 采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的技術(shù) 利用 Solidworks 參數(shù)化建模 動(dòng)態(tài)仿真 1 3 主要的工作內(nèi)容 1 設(shè)計(jì)計(jì)算部分 分析行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案 并通過(guò)計(jì)算分析 確定行星輪系齒 輪的齒數(shù) 模數(shù)和軸 行星架的各項(xiàng)參數(shù) 校核齒輪的接觸和彎曲強(qiáng)度 完成內(nèi)外嚙 合齒輪 軸 行星架的設(shè)計(jì)計(jì)算 在整機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)背景下 結(jié)合運(yùn)動(dòng)參數(shù)完成建模 2 工程仿真分析部分 本論文利用三維軟件 Solidworks 對(duì)行星輪減速器進(jìn)行三維建 模 并完成與整機(jī)的裝配 利用 Solidworks 減速器機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行全局運(yùn)動(dòng)仿真 對(duì)內(nèi) 外嚙合齒輪傳動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 第 2 章 NGW 型行星輪減速器方案確定 NGW 型行星齒輪減速器的工作過(guò)程和結(jié)構(gòu) 2 1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的確定 減速器傳動(dòng)比 i 5 4 故屬于 1 級(jí) NGW 型行星傳動(dòng)系統(tǒng) 查 漸開(kāi)線行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 書表 4 1 確定 2 或 3 從提高傳動(dòng)裝置承載力 pn 減小尺寸和重量出發(fā) 取 3 pn 計(jì)算系統(tǒng)自由度 W 3 3 2 3 2 1 2 2 周轉(zhuǎn)輪系部分的選擇 周轉(zhuǎn)輪系的類型很多 按其基本構(gòu)件代號(hào)可分為 2Z X 3Z 和 Z X F 三大類 其中 Z 中心輪 其他各種復(fù)雜的周轉(zhuǎn)輪系 大抵可以看成這三類輪系的聯(lián)合貨組合機(jī)構(gòu) 按傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中齒輪的嚙合方式 又可分為許多傳動(dòng)形式 如 NGW 型 NW 型 NN 型 WW 型 ZUWGW 型 NGWN 型 N 型等 其中 N 內(nèi)嚙合 W 外嚙合 G 公用齒輪 ZU 錐齒輪 其傳動(dòng)類型與傳動(dòng)特點(diǎn)如表 1 1 2 3 NGW 型行星輪減速器方案確定 NGW 行星輪系由內(nèi)外嚙合和公用行星輪組成 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 軸向尺寸小 工藝性好 效率高 然而傳動(dòng)比較小 但 NGW 性能多級(jí)串聯(lián)成傳動(dòng)比打的輪系 這樣便克服了淡 季傳動(dòng)比較小的缺點(diǎn) 表 1 1 行星齒輪傳動(dòng)的類型與傳動(dòng)特點(diǎn) 傳 動(dòng) 類 型 傳 動(dòng) 特 性 類 組 性 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 傳動(dòng)比范 圍 傳動(dòng)比 推薦值 傳遞 功率 KW 應(yīng)用特點(diǎn) NGW 1 13 13 7 ibaX 2 7 9 不限 廣泛地 用于動(dòng)力 及輔助傳 動(dòng)中 工 作制度不 限 可作 為減速 增速和差 速裝置 軸向尺寸 小 便于 串聯(lián)多級(jí) 傳動(dòng) 工 藝性好 2Z X 負(fù) 號(hào) 機(jī) 構(gòu) NW 1 50 ibaX 5 25 不限 7iaXb 時(shí) 徑向 尺寸比 NGW 型小 可 推薦采用 工作制 度不限 NN 1700 一個(gè)行 星輪時(shí) 30ibXa 100 三 個(gè)行星 輪時(shí) 30ibXa 40 可用于短時(shí) 間斷性工作制動(dòng)力傳動(dòng) 轉(zhuǎn)臂 X 為從動(dòng)時(shí) 當(dāng) 大i 于某值后 機(jī)構(gòu)自鎖 3Z 負(fù) 號(hào) 機(jī) 構(gòu) NGWN 500 20ibae 100 100 結(jié)構(gòu)很 緊湊 適 用于中小 功率的短 時(shí)工作制 傳動(dòng) 工藝性差 當(dāng) a 輪 從動(dòng)時(shí) 達(dá)到某值i 后機(jī)構(gòu)會(huì) 自鎖 即 0bea 2 4 行星輪系中各輪齒數(shù)的確定 在行星輪系中 各齒輪齒數(shù)的選配需滿足下述四個(gè)條件 現(xiàn)以圖 2 4 所示的行星輪 系為例 說(shuō)明如下 圖 2 4 行星輪系參考圖 圖中 太陽(yáng)輪 1 齒數(shù)為 分度圓半徑為 行星輪 2 齒數(shù)為 分度圓半徑1z1r2z 為 內(nèi)齒圈 3 齒輪為 分度圓半徑為 2r33 1 保證實(shí)現(xiàn)給定的傳動(dòng)比 根據(jù)上面的行星輪系圖示 通過(guò)機(jī)械原理知識(shí)可以知道 因 故131 Hiz 31 Hzi 2 保證滿足同心條件 要行星輪系能正常回轉(zhuǎn) 其三個(gè)基本構(gòu)件的回轉(zhuǎn)軸線必須在同一直線上 因此 對(duì)于圖示的行星輪系來(lái)說(shuō) 必須滿足下式 312r 當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線直齒齒輪傳動(dòng)或等變位齒輪傳動(dòng)時(shí) 上式變?yōu)?或312r312z 3 保證安裝均布條件 為使各個(gè)行星輪都能夠正確均布地安裝在太陽(yáng)輪和內(nèi)齒之間 行星輪的數(shù)目與各 輪之間齒數(shù)必須滿足一定的關(guān)系 否則將會(huì)因行星輪與太陽(yáng)輪輪齒的干涉不能正確裝 配 圖 2 4 所示 下面就對(duì)為了使行星輪能均布且正確裝配 行星輪個(gè)數(shù) k 與各輪齒 數(shù)之間應(yīng)滿足的關(guān)系進(jìn)行分析 4 保證滿足鄰接條件 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng) 122sin 80 oarkrhm 式中 m 為模數(shù) 為齒頂高系數(shù) ah 以上式子說(shuō)明的是在選擇各齒輪的齒數(shù)與行星輪個(gè)數(shù)時(shí) 所必需滿足的條件 第 3 章 NGW 型行星減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1 基本參數(shù)要求與選擇 3 1 1 基本參數(shù)要求 電動(dòng)機(jī)功率 3KW 總傳動(dòng)比 5 4 工作時(shí)間 15 年 每年按 300 天計(jì)算 每天工作為 12 小時(shí) 3 1 2 電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)工作功率與要求選擇電動(dòng)機(jī)為 YB2S 6 各項(xiàng)參數(shù)為 額定功率 P 3KW 轉(zhuǎn)速 n 960r min 工作效率 83 3 2 方案設(shè)計(jì) 3 2 1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖 2 4 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì) 圖中 太陽(yáng)輪 1 齒數(shù)為 分度圓半徑為 行星輪 2 齒數(shù)為 分度圓半徑1z1r2z 為 內(nèi)齒圈 3 齒輪為 分度圓半徑為 2r33 遵循以上原則 通過(guò)配齒計(jì)算 確定該兩級(jí) NGW 行星齒輪減速機(jī)的主要參數(shù)見(jiàn)表 1 各級(jí)齒輪采用相同的材料及熱處理工藝 精度 6 級(jí) 表 1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)表 齒數(shù) 傳動(dòng)比 太陽(yáng)輪 20 行星輪 34第一級(jí) 內(nèi)齒輪 88 5 4 減速器的傳動(dòng)比為 5 4 NGW 行星輪部分 3 2 2 齒形及精度 因?qū)儆诘退龠\(yùn)動(dòng) 采用壓力角 20 的直齒輪傳動(dòng) 精度等級(jí)為 6 級(jí) 3 2 3 齒輪材料及性能 高速機(jī)太陽(yáng)輪和行星輪采用硬齒面 以提高承載能力 減低尺寸 內(nèi)齒輪用軟齒面 便于切齒 并使道具不致迅速磨損變鈍 高速級(jí)部分采用軟齒面 兩級(jí)材料分別如 表 3 1 疲勞極限 Hlim 和 Flim 查書 1 圖 10 20 c d 10 21 d e 選取 行星輪的 Flim 是乘以 0 7 后的數(shù)值 表 3 1 齒輪材料及性能 齒輪 材料 熱處理 Hlim N mm 2 Flim N mm 2 加工精度 太陽(yáng)輪 375 行星輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC58 62 1400 267 5 6 級(jí) 內(nèi)齒輪 40Cr 調(diào)質(zhì) HB262 286 650 275 7 級(jí) 3 3 齒輪的計(jì)算與校核 3 3 1 配齒數(shù) 表 1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)表 齒數(shù) 傳動(dòng)比 太陽(yáng)輪 20 行星輪 34第一級(jí) 內(nèi)齒輪 88 5 4 3 3 2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù) 1 選擇齒輪材料 熱處理方法及精度等級(jí) 齒輪材料 熱處理方法及齒面硬度 因?yàn)檩d荷中有輕微振動(dòng) 傳動(dòng)速度不高 傳動(dòng)尺寸無(wú)特殊要求 屬于一般的齒輪 傳動(dòng) 故兩齒輪均可用軟齒面齒輪 查 機(jī)械基礎(chǔ) P 322 表 14 10 小齒輪選用 45 號(hào) 鋼 調(diào)質(zhì)處理 硬度 236HBS 大齒輪選用 45 號(hào)鋼 正火處理 硬度為 190HBS 精度等級(jí)初選 減速器為一般齒輪傳動(dòng) 圓周速度不會(huì)太大 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ) P 145 表 5 7 初選 8 級(jí)精度 2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪 由于本設(shè)計(jì)中的減速器是軟齒面的閉式齒輪傳動(dòng) 齒輪承載能力主要由齒輪接觸 疲勞強(qiáng)度決定 其設(shè)計(jì)公式為 1231 EHdKTuZd 確定載荷系數(shù) K 因?yàn)樵擙X輪傳動(dòng)是軟齒面的齒輪 圓周速度也不大 精度也不高 而且齒輪 相對(duì)軸承是對(duì)稱布置 根據(jù)電動(dòng)機(jī)和載荷的性質(zhì)查 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ) P 147 表 5 8 得 K 的范圍為 1 4 1 6 取 K 1 5 接觸疲勞許用應(yīng)力 limiHNPZS 接觸疲勞極限應(yīng)力 由 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ) P 150 圖 5 30 中的 MQ 取值線 根據(jù)兩齒輪的齒面硬 度 查得 45 鋼的調(diào)質(zhì)處理后的極限應(yīng)力為 600MPa 560MPa lim1H lim2H 接觸疲勞壽命系數(shù) ZN 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)公式為 N 60 n jth 工作壽命每年按 300 天 每天工作 2 8 小時(shí) 故 th 300 10 2 8 48000h N1 60 466 798 1 48000 1 344 109 982 3410 27610i 查 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ) P 151 圖 5 31 且允許齒輪表面有一定的點(diǎn)蝕 ZN1 1 02 ZN2 1 15 接觸疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù) SHmin 查 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ) P 151 表 5 10 得 SHmin 1 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 HP 將以上各數(shù)值代入許用接觸應(yīng)力計(jì)算公式得 lim11n60 261HNpZMPaS li22mn5 4pH 齒寬系數(shù) 由于本設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)中的齒輪為對(duì)稱布置 且為軟齒面?zhèn)鲃?dòng) 查 機(jī)械基礎(chǔ) P326 表 14 12 得到齒寬系數(shù)的范圍為 0 8 1 1 取 1d 計(jì)算小齒輪直徑 d1 由于 故應(yīng)將 代入齒面接觸疲勞設(shè)計(jì)公式 得2p p 2321331 189 54105 2 8 4m6EHdZKTud 圓周速度 v115768 4159 600nv ms 查 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ) P 145 表 5 7 v 13L61 1STY 試驗(yàn)齒輪應(yīng)力修 正系數(shù) 按所給 區(qū)域圖取Flim Flim2a relT 太陽(yáng)輪齒根圓角 敏感系數(shù) 查 5 圖 6 35 0 96cY relT 行星齒輪齒根圓 角敏感系數(shù) 查 5 圖 6 35 0 97Trel 齒根表面形狀系 數(shù) 查 5 圖 6 354 2 ZR1 045limFS 最小安全系數(shù) 按高可靠度 查 5 表 6 8 1 6 太陽(yáng)輪 彎曲應(yīng)力基本值 a0F a0F 2 Fa 9 105 2 7 1 584 276b mNYSt 3 13 彎曲應(yīng)力 Y aFp alimSTYNaFrelTY relX 2470 5N m1 6 05961237 5 3 14 故 彎曲強(qiáng)度通過(guò)Faap 行星輪 bm 103 79N mmcF0 tcFYas 1 25 70 172 5468 2 cp limcSTNaY relT rllimFS2301 04597126 5 cF c0 AKV F FPK 2 4 5179 354 01 29713 故 彎曲強(qiáng)度通過(guò)cF cp 2 內(nèi)嚙合 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度 仍用 5 式 6 19 6 20 6 21 計(jì)算 其中與外嚙合取值 不同的H P 參數(shù)為 u 77 29 2 655 0 87 1 03 0 97 1 11 ZNRZWH0 ZZE ubd1 Ft 947 125 36817 0895 2 3 15 2 879 35mN 2HPVAH0 m8 36N 01 0 2530 879 K 3 16 mmHP 1 56325 1 973 6limliSZHXWRVLN 2 3 17 故 H P 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 只需計(jì)算內(nèi)齒輪 計(jì)算公式仍為書 5 6 34 6 35 和式 6 36 其中取值與外 嚙合不同的系數(shù) 0 683 1 02 1 045 3 2a FY 81sa YrelT TYrel F 2 a 94 8 25 17 63 0 765b mNmSt 3 18 cF 0AKV F FPK 3 19 2 59N m1 354 1 2948 Fp limcSTYNa relT YrlliFS 3 20 268 20175 故 彎曲強(qiáng)度通過(guò)Fp 3 4 軸上部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 3 4 1 軸的計(jì)算 3 4 1 1 輸出軸 1 輸出軸上的功率 eeTP和 轉(zhuǎn) 矩轉(zhuǎn) 速 ne 為齒輪嚙合效率 KWpde 38 29 04 2 m 15 595NnTee 2 求齒輪上的力 dFet 4213875 132 0tan 153costan r FNF 2 初步確定軸的最小直徑 先按書 1 式 15 2 初步估算軸的最小直徑 選取軸的材料為 40Cr 調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)表 1 式 15 3 取 于是得10A mnPAe 2 34 59810d30min 軸的輸出最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器的直徑 d 為了所選軸直徑孔徑相適 故需 同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào) 聯(lián)軸器查 1 表 14 1 取 則1 3KA 3 mNTKA 54980623 1eca 47 按計(jì)算轉(zhuǎn)矩 小于聯(lián)軸器公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩條件 查 6 表 11 17 ZL3 彈性柱銷齒式聯(lián)軸caT 器 d 38 半聯(lián)軸器長(zhǎng)度 L 82 半聯(lián)軸器與軸配合得轂孔長(zhǎng)度 L1 60 3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求 軸端有段需制造出軸肩 故 段 d 46mm 左端用軸端擋圈定位 按軸端直徑取擋圈直徑 D 50 半聯(lián)軸器與軸配合 得轂孔長(zhǎng)度 為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸端面上 故60mL1 段的長(zhǎng)度應(yīng)該 L1 略短一些 現(xiàn)取 L 58mm 2 初選滾動(dòng)軸承 應(yīng)為軸承只受徑向力的作用 故選用深溝球軸承 6010 其尺寸 d D T 50mm 80mm 16mm 故 d d 50mm 而 L 16mm 端右滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行的軸向定位 有手冊(cè)上查的 6010 軸間高度 h 3 因此選 取 d 56 1 取安裝齒輪出的軸段 的直徑 d 54 齒輪的左端與軸承之間采用套筒定 位 已知齒輪輪轂的寬度為 60mm 為了使套筒斷面可靠的緊壓齒輪 此軸段應(yīng)略短于 輪轂寬度 故取 L 56mm 齒輪的右端采用軸肩定位 軸肩高度 h 6mm 則軸環(huán)處的 直徑 d 64mm 軸環(huán)寬度取 10mm 2 軸承端蓋的總寬度為 21mm 由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定 取 L 30 5 3 取齒輪距箱體的內(nèi)壁之間的距離 a 10 5 2 軸上零件的周向定位 齒輪 半聯(lián)軸器的周向定位均采用平減連接 由書 1 表 6 1 查的平鍵截面 鍵槽用槽銑刀加工 長(zhǎng)度為 50mm 同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良mh106b 好的對(duì)中性 故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 同時(shí)半聯(lián)軸器的連接 選用平鍵為6nH7 半聯(lián)軸器的配合為 滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)度配合50810 k 來(lái)保證的 此處的直徑尺寸公差為 m6 4 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 軸承的支點(diǎn)位置為滾動(dòng)軸承的中點(diǎn)位置 因此 作為簡(jiǎn)支梁的軸的支撐跨距為 L1 L2 72 5 127 5 200mm 令水平面為 H 面 垂直面為 V 面 圖 3 3 軸的載荷分析圖 3 mNTFNert 38125 7 15 08 416F 3 t2NH tV 2 47 3 0 1 LFFtNH 48 代入數(shù)值可得 NH479 501 則截面 C 處的 m2 LFM dere 14029 代入數(shù)值可得 F L FrENV1 N 3 5 1201 LMreNV 49 mLFMNV 5940 1 mNMeV 19234015912 總彎矩 3 VH 21 50 3 mNVH 934722 51 5 按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí) 通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面 即危險(xiǎn)截面 C 的強(qiáng)度 根據(jù)書 1 式 15 5 及上表中的數(shù)據(jù) 以及軸單向旋轉(zhuǎn) 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng) 力 取 軸的計(jì)算應(yīng)力 60 3 52 MPaWTMe 16 27501 386 249 21ca 前已選定軸的材料為 40Cr 調(diào)質(zhì)處理 由 1 表 15 1 查得 故0 1 ca MPa7 1 3 4 1 2 輸入軸 1 輸入軸上的功率 轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩aPanaT 2 465kw 960r min 8 413N ma 2 求作用在齒輪上的力 NdTa7 685 2F1t nt49r 3 初步確定軸的最小直徑 先按書 1 式 15 2 初步估算軸的最小直徑 選取軸的材料為 40Cr 調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)表 1 式 15 3 取 于是得10A 3 53 mnPAa 7 1396045 21d30min 4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按照輸入軸的設(shè)計(jì)方法各段軸的大小 長(zhǎng)度如圖 3 4 所示 選滾動(dòng)軸承型號(hào)為 6005 單位為 mm 12475d TD 聯(lián)軸器處鍵槽 36 4018d ababl 32 bcbcl cdcdl 6 30 dedel 6 efef fgl 4 ghghl 3 4 1 3 滾動(dòng)軸承的壽命校核 1 求軸向力與徑向力的比值 根據(jù) 1 表 13 5 滿足壽命要求 25 10410 523 3 4 2 行星架設(shè)計(jì) 因?yàn)閱伪凼叫行羌芙Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 可容納較多的行星輪 所以選擇單臂式行星架 軸 與孔之見(jiàn)采用過(guò)盈配合 用溫差裝配 配合長(zhǎng)度為 1 5d 2 5d 范圍內(nèi)取 取配合u7H 長(zhǎng)度為 20mm 取左端與齒輪軸配合長(zhǎng)度為 20mm 孔與軸之間采用間隙配合 基本幾 何參數(shù)如圖 3 7 所示 三 滾動(dòng)軸承選擇 2 高速軸軸承的校核 根據(jù)軸承型號(hào) 30307 查設(shè)計(jì)手冊(cè)取軸承基本額定動(dòng)載荷為 C 75200N 基本額定靜載 荷為 NCor8250 求兩軸承受到的徑向載荷 將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個(gè)平面力系 有力分析可知 NFdVreVraere 53 2417 645847 216901021 NFHrVrrrteHrte 98 6024 53 241376 851291010622111 求兩軸承的計(jì)算軸向力 2aF和 對(duì)于圓錐滾子軸承 軸承派生軸向力 Y 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得為 1 9 因此可以估算 rd NYFrdr 36 179 8602 21 則軸有向右竄動(dòng)的趨勢(shì) 軸承 1 被壓緊 軸承 2 被12 293ddae F 放松 NFdae36 1736 21 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 21P和 查設(shè)計(jì)手冊(cè)知 e 0 31eFrar 53 098 6217 查課本表 13 5 得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù) 軸承 1 9 1 4 01 YX 軸承 2 因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有輕微沖擊 查課本表 13 6 得 則1 2 01 ppff取 NFYXfParp 9 1536 79 186024 123 22211 驗(yàn)算軸承壽命 因?yàn)?所以按軸承 1 的受力大小驗(yàn)算21 hh LPCnL 310616 275 75 400 hh23 選擇軸承滿足壽命要求 1 低速軸軸承的校核 根據(jù)軸承型號(hào) 30306 查設(shè)計(jì)手冊(cè)取軸承基本額定動(dòng)載荷為 C 59000N 基本額定靜載 荷為 NCor630 求兩軸承受到的徑向載荷 將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個(gè)平面力系 有力分析可知 NFdVreVraere 91 3460 4709 752812921 NFHrVrrrteHrte 24 7061 659 34830 1650222221121 求兩軸承的計(jì)算軸向力 21aF和 對(duì)于圓錐滾子軸承 軸承派生軸向力 Y 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得為 1 9 因此可以估算 rd NYFrdr 71 39 124706 521 則軸有向左竄動(dòng)的趨勢(shì) 軸承 1 被壓緊 軸承 2 被12 698ddae F 放松 NFNdae71 37 21 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 2P和 查設(shè)計(jì)手冊(cè)知 e 0 31eFrar 53 024 761 921 查課本表 13 5 得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù) 軸承 1 9 1 01 YX 軸承 2 9 1 4 01 YX 因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有輕微沖擊 查課本表 13 6 得 則1 2 01 ppff取 NFYXfParp 6 87 39 24706 145 22211 驗(yàn)算軸承壽命 因?yàn)?所以按軸承 1 的受力大小驗(yàn)算21 hh LPCnL 310616 34 9784 5300 hh243 選擇軸承滿足壽命要求 3 5 鍵的選擇與校核 3 5 1 鍵的選擇 在本設(shè)計(jì)中 所選擇的鍵的類型均為 A 型圓頭普通平鍵 其材料為 45 鋼 在帶輪 1 上鍵的尺寸如下表所示 軸 鍵 鍵 槽 寬度 b 深度 極限偏差 一般鍵聯(lián)結(jié) 軸 t 轂 1t 半徑 r 公 稱 直 徑 d 公 稱 尺 寸 b h 公稱尺寸 b 軸 N9 轂 9sJ 公稱 尺寸 極限 偏差 公稱 尺寸 極限 偏差 最小 最 大 28 8 7 8 0 0 036 0 018 4 0 0 2 0 3 3 0 2 0 0 25 0 40 3 5 2 鍵的校核 3 6 2 1 鍵的剪切強(qiáng)度校核 鍵在傳遞動(dòng)力的過(guò)程中 要受到剪切破壞 其受力如下圖所示 圖 5 6 鍵剪切受力圖 鍵的剪切受力圖如圖 3 6 所示 其中 b 8 mm L 25 mm 鍵的許用剪切應(yīng)力為 30 由前面計(jì)算可得 軸上受到的轉(zhuǎn)矩 T 55 N m 由鍵的剪切強(qiáng)度條件 aMPA 其中 D 為帶輪輪轂直徑 5 1 2 TblD 10 M 30 結(jié)構(gòu)合理 335810210 aP a 3 6 2 2 鍵的擠壓強(qiáng)度校核 鍵在傳遞動(dòng)力過(guò)程中 由于鍵的上下兩部分之間有力偶矩的作用 迫使鍵的上下 部分產(chǎn)生滑移 從而使鍵的上下兩面交界處產(chǎn)生破壞 其受力情況如下圖所示 初 取鍵的許用擠壓應(yīng)力 100 bs aP 圖 5 7 鍵擠壓受力圖 由 5 2 SFAbl 2000 N3368102510s 又有 5 3 bsFsA 8 結(jié)構(gòu)合理32051 aMP bs 3 6 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 查課本表 14 1 考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小 故取2TKac 則3 1 ak mNTac 13648703 12 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件 查手冊(cè) 選用 HL1 型彈性c 柱銷聯(lián)軸器 其公稱轉(zhuǎn)矩為 160000N mm 半聯(lián)軸器的孔徑 24mmd 6 潤(rùn)滑與密封 齒輪的潤(rùn)滑 采用浸油潤(rùn)滑 浸油深度為一個(gè)齒高 但不小于 10mm 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 由于軸承周向速度為 1m s 2m s 所以選用軸承內(nèi)充填油脂來(lái)潤(rùn)滑 潤(rùn)滑油的選擇 齒輪選用普通工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油 軸承選用鈣基潤(rùn)滑脂 密封方法的選取 箱內(nèi)密封采用擋油盤 箱外密封選用凸緣式軸承蓋 在非軸伸端采用悶蓋 在軸 伸端采用透蓋 兩者均采用墊片加以密封 此外 對(duì)于透蓋還需要在軸伸處設(shè)置氈圈 加以密封 3 7 箱體尺寸及附件的設(shè)計(jì) 采用 HT250 鑄造而成 其主要結(jié)構(gòu)和尺寸如下 中心距 a 154 5mm 取整 160mm 總長(zhǎng)度 L 350am 總寬度 B 2 7 16432 總高度 H 48 箱座壁厚 未滿足要求 0 5 0158am 0 25a18 直接取 8 mm 箱蓋壁厚 未滿足要求 1 21 64 2 1 直接取 8mm 箱座凸緣厚度 b 1 5 8 12 mm 5 箱蓋凸緣厚度 b1 1 5 8 12mm1 箱座底凸緣厚度 b2 2 5 8 20 mm 箱座肋厚 m 0 85 8 6 8 mm0 85 箱蓋肋厚 m1 0 85 8 6 8mm1 扳手空間 C1 18mm C2 16mm 軸承座端面外徑 D2 高速軸上的軸承 2Ddm 高 3 5 6 92 低速軸上的軸承 低 8 10 軸承旁螺栓間距 s 高速軸上的軸承 2S 高 低速軸上的軸承 D108低 軸承旁凸臺(tái)半徑 R1 C216m 箱體外壁至軸承座端面距離 l 2m 5 6 42 地腳螺釘直徑 fdf0 3a 017 地腳螺釘數(shù)量 n 因?yàn)?a 160mm 250mm 所以 n 4 軸承旁螺栓直徑 1fd 75 63 2 凸緣聯(lián)接螺栓直徑 取 10mm2 fd8 10 56 m 0 2d 凸緣聯(lián)接螺栓間距 L 取 L 100mm 軸承蓋螺釘直徑 與數(shù)量 n 高速軸上的軸承 d 3 6 n 43 低速軸上的軸承 d 3 8 n 4 檢查孔蓋螺釘直徑 取 d4 6mm4f0 45 28m 71 檢查孔蓋螺釘數(shù)量 n 因?yàn)?a 160mm30 50 取 40mm 4 4 箱體內(nèi)壁至箱底距離 20mm0h 減速器中心高 H 取 H 185mm a2409R 20184 5m 箱蓋外壁圓弧直徑 R a21 5 箱體內(nèi)壁至軸承座孔外端面距離 L1 1LC 2 5 0 8 6 0m 箱體內(nèi)壁軸向距離 L2 12b 3 兩側(cè)軸承座孔外端面間距離 L3 1250m 2 附件的設(shè)計(jì) 1 檢查孔和蓋板 查 機(jī)械基礎(chǔ) P 440 表 20 4 取檢查孔及其蓋板的尺寸為 A 115 160 210 260 360 460 取 A 115mm A1 95mm A 2 75mm B 1 70mm B 90mm d4 為 M6 數(shù)目 n 4 R 10 h 3 A B A1 B1 A2 B2 h R n d L 115 90 95 70 75 50 3 10 4 M6 15 2 通氣器 選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的通氣螺塞 由 機(jī)械基礎(chǔ) P 441 表 20 5 取檢查孔及其蓋板的尺 寸為 單位 mm d D D1 S L l a D1 M22 1 5 32 25 4 22 29 15 4 7 3 油面指示器 由 機(jī)械基礎(chǔ) P 482 附錄 31 取油標(biāo)的尺寸為 視孔 md20 D34md21 d32 mH16 A 形密封圈規(guī)格 5 4 放油螺塞 螺塞的材料使用 Q235 用帶有細(xì)牙螺紋的螺塞擰緊 并在端面接觸處增設(shè)用耐油 橡膠制成的油封圈來(lái)保持密封 由 機(jī)械基礎(chǔ) P 442 表 20 6 取放油螺塞的尺寸如下 單位 mm d D0 L l a D S d1 M24 2 34 31 16 4 25 4 22 26 5 定位銷 定位銷直徑 兩個(gè) 分別裝在箱體的長(zhǎng)對(duì)角線上 62d0 81m 12 12 24 取 L 25mm 1L b 6 起蓋螺釘 起蓋螺釘 10mm 兩個(gè) 長(zhǎng)度 L 箱蓋凸緣厚度 b1 12mm 取 L 15mm 端部制成小 圓柱端 不帶螺紋 用 35 鋼制造 熱處理 7 起吊裝置 箱蓋上方安裝兩個(gè)吊環(huán)螺釘 查 機(jī)械基礎(chǔ) P 468 附錄 13 取吊環(huán)螺釘尺寸如下 單位 mm d D d1 max D1 公稱 d2 max h1 max h d4 M8 9 1 20 21 1 7 18 36 r1 r min l 公稱 a max b max D2 公稱 min h2 公稱 min 4 1 16 2 5 10 13 2 5 箱座凸緣的下方鑄出吊鉤 查 機(jī)械基礎(chǔ) P 444 表 20 7 得 B C1 C2 18 16 34mm H 0 8B 34 0 8 27 2mm h 0 5H 13 6mm r2 0 25B 6 8mm b 2 2 8 16mm 44 第 4 章 SOLIDWORKS 的建模與運(yùn)動(dòng)仿真 4 1 建模軟件的介紹 目前中國(guó)市場(chǎng)的常見(jiàn)的三維 CAD 產(chǎn)品主要包括 CATIA PRO E UG NX Solidworks Inventor Solid Edge CAXA Solid3000 等產(chǎn)品 每個(gè)產(chǎn)品都有著 自己的發(fā)展歷史和特點(diǎn) 在設(shè)計(jì)功能 模塊設(shè)置 操作方法 以及外圍產(chǎn)品等方面各 有千秋 其中 Solidworks PRO E UG NX 已經(jīng)成為目前市場(chǎng)上的主流三維 CAD 產(chǎn)品 由于 SolidWorks 操作簡(jiǎn)單 方便 在同類產(chǎn)品中性價(jià)比更優(yōu) 與其它各種三維軟 件兼容性好且具有高端三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件類似的功能 而且功能強(qiáng)大技術(shù)創(chuàng)新和易學(xué) 易用是 SolidWorks 的三大主要特點(diǎn) 使得 SolidWorks 成為全球裝機(jī)量最大 最好用 的軟件 資料顯示 目前全球發(fā)放的 SolidWorks 軟件使用許可約 28 萬(wàn) 涉及航空航天 機(jī)車 食品 機(jī)械 國(guó)防 交通 模具 電子通訊 醫(yī)療器械 娛樂(lè)工業(yè) 日用品 消 費(fèi)品 離散制造等分布于全球 100 多個(gè)國(guó)家的約 3 萬(wàn) 1 千家企業(yè) 本論文利用SolidWorks軟件強(qiáng)大的建模功能 以某閥門主減速器內(nèi)兩級(jí)行星齒輪 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為例 構(gòu)建了行星齒輪機(jī)構(gòu)模型 結(jié)合SolidWorks內(nèi)嵌的Motion軟件完成了 其運(yùn)動(dòng)仿真 本論文先利用SolidWorks對(duì)行星輪系的各個(gè)零部件進(jìn)行建模 然后對(duì)各個(gè)零部件 進(jìn)行裝配 然后通過(guò)motion對(duì)其進(jìn)行模擬仿真 對(duì)其各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析 另外在齒輪建模的過(guò)程中 需要利用到CAXA這款軟件 通過(guò)CAXA軟件建立漸開(kāi)線 齒廓 能夠更為準(zhǔn)確的建立齒輪模型 能夠防止在行星齒輪機(jī)構(gòu)的裝配中出現(xiàn)干涉的 情況 4 2 行星齒輪機(jī)構(gòu)的建模 4 2 1 對(duì)行星齒輪的建模 在 SolidWorks 中對(duì)漸開(kāi)線齒輪進(jìn)行建模時(shí) 時(shí)常會(huì)發(fā)生誤差 從而對(duì)齒輪的后續(xù) 裝配產(chǎn)生影響 雖然目前有許多種齒輪的建模方法 基于方便的原則 本文采用了在 CAXA 中進(jìn)行齒輪建模 然后轉(zhuǎn)入到 SolidWorks 中 這樣能夠很好的保證齒輪的輪廓為 45 漸開(kāi)線齒輪 點(diǎn)擊保存 保存為 dwg 格式 保存名稱為輸入齒輪軸 創(chuàng)建 3 個(gè)行星輪和內(nèi)齒圈的三維實(shí)體模型 圖 1 漸開(kāi)線生成圖 由于漸開(kāi)線行星齒輪減速器靠齒輪的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力 齒輪的參數(shù)化建模最 為關(guān)鍵 齒輪齒廓由漸開(kāi)線 過(guò)渡曲線 齒根圓 齒頂圓幾部分組成 并不是連續(xù)的曲 線 所以在繪制過(guò)程中也需要這幾種曲線的組合 漸開(kāi)線齒輪這幾部分的幾何尺寸都是 由齒輪的模數(shù) m 齒數(shù) z 變位系數(shù) x 決定的 是獨(dú)立變量 因此應(yīng)將 m z x 作為驅(qū)動(dòng)尺 寸 則漸開(kāi)線齒輪零件形體尺寸即相關(guān)變量可用如下參數(shù)化模型表達(dá) 分度圓半徑 1 2rz 齒根圓半徑 2 ffahmcx 齒頂圓半徑 3 12aaart 齒根過(guò)渡圓角半徑 4 sin fpc 式中 m 為模數(shù) z 為齒數(shù) 為標(biāo)準(zhǔn)齒形角 為齒頂高系數(shù) 正常齒取 1 0 短齒取 0 8 為 ah c 頂隙系數(shù) 正常齒取 0 25 短齒取 0 3 x 為變位系數(shù) 為齒頂高變動(dòng)系數(shù) 分度圓上的展角 tan ia 通過(guò)起點(diǎn)為 y 軸上的象限點(diǎn)繪制漸開(kāi)線 這時(shí) y 軸與齒輪漸開(kāi)線的鏡像中心夾角 46 為 為 1 2 齒厚的夾角 將坐標(biāo)旋轉(zhuǎn) tan 然后以 y 軸為鏡像 iz 2 中心 圖 1 進(jìn)行鏡像 這樣輪齒的兩條漸開(kāi)線繪畢 將漸開(kāi)線按其與齒頂圓 齒根圓的 交點(diǎn)進(jìn)行修剪并在齒頂圓與齒根圓上畫出它們與漸開(kāi)線的交點(diǎn)之間的兩段圓弧 使其組 成封閉曲線 再拉伸至相應(yīng)寬度 這樣 一個(gè)輪齒就繪制好了 圓形陣列上述特征 齒輪的 三維參數(shù)化造型就完成了 依照上述過(guò)程 可以編制出齒輪繪制程序 畫出的齒輪造型 如圖 2 圖 2 齒輪造型圖 5 選擇插入 凸臺(tái) 基體 旋轉(zhuǎn)凸臺(tái) 基體 彈出對(duì)話框 對(duì)草圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)拉伸 4 2 2 行星齒輪其他部件的建模 行星齒輪的建模與輸入齒輪軸的齒輪方法相同 通過(guò) CAXA 軟件生成漸開(kāi)線齒廓 然后轉(zhuǎn)入到 SolidWorks 中 建立行星齒輪模型 基本方法與輸入齒輪軸相同 對(duì)于其他各個(gè)部件的建模與輸入齒輪軸的建模類似 通過(guò)旋轉(zhuǎn) 拉伸 掃描獲得 行星齒輪和箱體中的內(nèi)齒輪輪廓依然用 CAXA 軟件生成 然后將其轉(zhuǎn)到 SolidWorks 中 進(jìn)行建模 其他的尺寸要求進(jìn)行模擬 根據(jù)具體要求進(jìn)行建模 在此就不進(jìn)行詳細(xì)的概述 其他零件圖一次方法一一設(shè)計(jì) 其中包括行星輪 太陽(yáng)輪 系桿的零件建模見(jiàn)圖 3 47 行星輪 太陽(yáng)輪 圖 3 各零件實(shí)體模型 48 4 3 行星齒輪機(jī)構(gòu)的虛擬裝配 行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝配對(duì)于圖 5 所示的 2K H 行星齒輪傳動(dòng) 裝配要滿足以 下約束 太陽(yáng)輪 1 和內(nèi)齒圈 3 的軸線和行星架 H 的軸線重合 行星輪沿圓周均勻分布并 保證與太陽(yáng)輪 1 和內(nèi)齒圈 3 正確嚙合而不發(fā)生錯(cuò)位現(xiàn)象 各輪齒數(shù)的選擇必須確保實(shí)現(xiàn) 所給定的傳動(dòng)比 裝配前太陽(yáng)輪和內(nèi)齒圈相對(duì)位置的初始化當(dāng)行星齒輪為偶數(shù)時(shí) 太陽(yáng)輪和內(nèi)齒圈齒 溝中線應(yīng)調(diào)整到圖 5 所示位置 當(dāng)行星齒輪為奇數(shù)時(shí) 太陽(yáng)輪齒溝和內(nèi)齒圈齒厚中線應(yīng) 調(diào)整到圖 5 所示位置 圖 5 行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位置 1 固定外齒圈 分別將太陽(yáng)輪 內(nèi)齒圈與外齒圈設(shè)為同心配合 2 調(diào)整太陽(yáng)輪 當(dāng)行星輪數(shù)目為奇數(shù)時(shí) 太陽(yáng)輪和內(nèi)齒圈的齒槽中線應(yīng)處于共線位 置 當(dāng)行星輪數(shù)為偶數(shù)時(shí) 太陽(yáng)輪齒槽中線和內(nèi)齒圈的齒厚中線應(yīng)處于共線位置 3 導(dǎo)入行星輪 每一行星輪應(yīng)與行星架上對(duì)應(yīng)行星軸同心配合 當(dāng)行星輪齒數(shù)為奇 數(shù)時(shí) 行星輪的齒厚中線和內(nèi)齒圈的齒槽中線應(yīng)處于共線位置 太陽(yáng)輪齒厚中線和行 星輪的齒厚中線共線 而當(dāng)行星輪齒數(shù)為偶數(shù)時(shí) 行星輪的齒對(duì)稱線與太陽(yáng)輪和內(nèi)齒 圈的齒槽中線應(yīng)共線 第 1 個(gè)行星齒輪在太陽(yáng)輪和內(nèi)齒圈經(jīng)初始化調(diào)整后 即可在圖 3 所示位置 裝入第 1 個(gè)行星齒輪 第 2 個(gè)行星齒輪如圖 3 所示 將第 1 個(gè)行星齒 輪轉(zhuǎn)至位置 在位置 可裝入第 2 個(gè)行星齒輪 輪系各輪轉(zhuǎn)角為 49 太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)角 4 1 212bapazN 內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)角 4 2 0n 第 1 個(gè)行星齒輪自轉(zhuǎn)角 4 3 1283aPczN 式中 Np 行星齒輪的個(gè)數(shù) Za 太陽(yáng)輪的齒數(shù) Zc 行星齒輪的齒數(shù) Zb 內(nèi)齒圈的齒數(shù) 第 3 個(gè)行星齒輪的裝配 將第 1 個(gè)行星齒輪轉(zhuǎn)至位置 此時(shí) 第 2 個(gè)行星齒輪轉(zhuǎn)至位置 在位置 可裝入第 3 個(gè) 行星齒輪 輪系各輪轉(zhuǎn)角同上 在滿足裝配約束條件下 按照上述裝配方法 對(duì)行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行虛擬裝配 其裝配實(shí)體模型見(jiàn)圖 6 圖 6 行星齒輪傳動(dòng)的虛擬裝配模型 50 1 行星輪 1 2 行星輪 2 3 行星輪 3 在行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)中 應(yīng)該特別注意結(jié)構(gòu)布置的合理性 因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)布置如果 不合理 將會(huì)直接造成載荷分配的不均勻 從而使設(shè)備達(dá)不到原設(shè)計(jì)效果 曾經(jīng)我們有 過(guò)失敗的教訓(xùn) 某減速器太陽(yáng)輪軸心線與其它軸不在同一水平面水平面上 用螺釘將內(nèi) 齒圈固定在箱體上 這樣設(shè)計(jì)不僅裝配比較困難 同時(shí)由于螺釘固定無(wú)法保證徑向尺寸 使 主軸下沉 這樣直接影響了載荷分配 在空轉(zhuǎn)試車時(shí)就有比較明顯的噪音 而且接觸不 良 后來(lái)進(jìn)行了改造 將主軸和其它軸放在同一水平面上 剛度也適當(dāng)加強(qiáng)收到明顯效 果 噪音減小運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 1 新建一個(gè)裝配零件圖 并且插入箱體零件和一個(gè)行星齒輪 2 新建基準(zhǔn)軸 基準(zhǔn)軸參考實(shí)體為裝配體的右視基準(zhǔn)面和上師基準(zhǔn)面 記為 基準(zhǔn)軸 1 3 新建基準(zhǔn)面 基準(zhǔn)面參考實(shí)體為基準(zhǔn)軸 1 和右基準(zhǔn)面旋轉(zhuǎn)角度為 120 度 記為基準(zhǔn)面 1 4 新建基準(zhǔn)面 基準(zhǔn)面參考實(shí)體為基準(zhǔn)軸 1 和右基準(zhǔn)面旋轉(zhuǎn)角度為 240 度 記為基準(zhǔn)面 2 5 選擇箱體 1 右擊箱體 選擇浮動(dòng) 對(duì)箱體進(jìn)行配合 步驟 選擇箱體基準(zhǔn)軸 1 和裝配體 1 中的基準(zhǔn)軸 1 選擇重合按鈕 選擇箱體右視基準(zhǔn)面和裝配體右視基準(zhǔn)面 選擇重合按鈕 6 選擇箱體 1 右擊箱體 選擇固定 7 插入零部件行星齒輪 打開(kāi)配合按鍵 配合后如圖 4 3 步驟 選擇行星齒輪基準(zhǔn)軸 1 和裝配體的右視基準(zhǔn)面 選擇重合按鈕 51 選擇基準(zhǔn)軸 1 和行星齒輪的基準(zhǔn)軸 1 選擇距離按鈕 輸入距離 36 選擇行星齒輪基準(zhǔn)面 1 和裝配體中的右視基準(zhǔn)面 選擇重合按鈕 選擇行星齒輪的端面和箱體內(nèi)齒輪的端面 選擇重合按鈕 圖 4 3 行星齒輪與箱體的配合 8 再次插入零部件行星齒輪 打開(kāi)配合按鈕 步驟 選擇行星齒輪基準(zhǔn)軸 1 和裝配體基準(zhǔn)面 1 選擇重合按鈕 選擇基準(zhǔn)軸 1 和行星齒輪的基準(zhǔn)軸 1 選擇距離按鈕 輸入距離 36 選擇行星齒輪基準(zhǔn)面 1 和裝配體中的基準(zhǔn)面 1 選擇重合按鈕 選擇行星齒輪的端面和箱體內(nèi)齒輪的端面 選擇重合按鈕 如圖 4 3 9 再次插入零部件行星齒輪 打開(kāi)配合按鈕 進(jìn)行配合 配合完成后再此插入 一個(gè)行星齒輪 步驟與下面的步驟基本相同 除了步驟 1 中與行星齒輪基準(zhǔn)軸配合 的是裝配體基準(zhǔn)面 3 其他步驟相同 步驟 52 選擇行星齒輪基準(zhǔn)軸 1 和裝配體基準(zhǔn)面 2 選擇重合按鈕 選擇基準(zhǔn)軸 1 和行星齒輪的基準(zhǔn)軸 1 選擇距離按鈕 輸入距離 36 選擇行星齒輪基準(zhǔn)面 1 和裝配體中的基準(zhǔn)面 2 選擇重合按鈕 選擇行星齒輪的端面和箱體內(nèi)齒輪的端面 選擇重合按鈕 如圖 4 3 10 打開(kāi)干涉按鈕 計(jì)算是否發(fā)生干涉 若發(fā)生干涉 檢查干涉放生在哪里 并進(jìn)行修改 11 插入輸入齒輪軸 打開(kāi)配合按鈕 配合后如圖 4 4 步驟 選擇輸入齒輪軸的基準(zhǔn)軸和裝配體的基準(zhǔn)軸 選擇重合按鈕 選擇行星齒輪基準(zhǔn)面和輸入齒輪軸的基準(zhǔn)面 3 選擇重合按鈕 選擇行星齒輪端面和輸入齒輪軸齒輪端面 選擇重合按鈕 圖 4 4 行星齒輪與輸入齒輪軸的配合 12 打開(kāi)干涉按鈕 計(jì)算是否發(fā)生干涉 若發(fā)生干涉 檢查干涉放生在哪里 并進(jìn)行修改 53 13 右擊箱體 選擇隱藏零部件 14 插入小軸 打開(kāi)配合按鈕 配合后如圖 4 5 步驟 選擇行星齒輪中心孔面和小軸的外圓柱面 選擇同軸心按鈕 選擇行星齒輪端面和小軸的端面 選擇重合 圖 4 5 小軸與行星齒輪的配合 15 再次插入兩個(gè)小軸 分別裝入另外兩個(gè)行星齒輪中 配合方式與步驟 14 相 同 16 插入零件調(diào)整墊 打開(kāi)配合按鈕 步驟 選擇調(diào)整墊的中心孔面和小軸的外圓柱面 選擇同軸心按鈕 選擇行星齒輪端面和調(diào)整墊的端面 選擇重合 17 再次插入兩個(gè)調(diào)整墊 分別裝入另外兩個(gè)小軸中 配合方式與步驟 16 相同 18 插入零件轉(zhuǎn)盤 打開(kāi)配合按鈕 配合完成后如圖 4 6 54 圖 4 6 轉(zhuǎn)盤與小軸的配合 步驟 選擇轉(zhuǎn)盤前視基準(zhǔn)面和裝配體的右視基準(zhǔn)面 選擇重合按鈕 選擇轉(zhuǎn)盤右視基準(zhǔn)面和裝配體的上視基準(zhǔn)面 選擇重合按鈕 選擇轉(zhuǎn)盤基準(zhǔn)軸 3 和裝配體的右視基準(zhǔn)面 選擇重合按鈕 19 打開(kāi)工具選項(xiàng) 選擇插件欄 點(diǎn)擊 Slidworks Toolbox 和 Slidworks Toolbox Browser 最后單擊確定 20 打開(kāi)設(shè)計(jì)庫(kù) 選擇 Toolbox 中的 GB 墊圈和擋圈 平墊圈 選擇小墊圈 A 級(jí) GB T848 1985 設(shè)置屬性大小為 M