基于solidworks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

摘要 ............................................................... 1 1 绪论 ............................................................. 3

1.1 减速器及其研究方法的现状和发展趋势 .......................... 3 1.2 SolidWorks及其在工程中的应用 ............................... 6 1.3 课题的提出和研究意义 ........................................ 7 1.4课题的主要内容 .............................................. 8 2 双级圆柱齿轮减速器的设计计算及分析 ............................... 9

2.1 减速器的结构 ................................................ 9 2.2 设计的条件及要求 ............................................ 9 2.3 方案设计及电机选择 .......................................... 9 2.4 设计V带和带轮 ............................................. 12 2.5 齿轮的设计 ................................................. 14 2.6 减速器机体结构尺寸 ......................................... 16 2.7 轴的设计 ................................................... 17 2.8 高速轴大齿轮的设计 ......................................... 28 2.9 联轴器的选择 ............................... 错误！未定义书签。 2.10 润滑方式的确定 ............................................ 29 2.11其他附件 .................................................. 29 3 减速器的三维实体建模 ............................................ 30

3.1三维建模原理 ............................................... 31 3.2零件模型的建立 ............................................. 31 3.2.1 典型零件建模过程分析 ................................. 31 3.2.2 小结 ................................................. 34 3.3 虚拟装配 ................................................... 35 3.3.1 虚拟装配的意义 ....................................... 35 3.3.2 装配过程 ............................................. 36 3.4 干涉分析 ................................................... 38 3.5 物理模拟及动画制作 ......................................... 39

3.6 导出工程图 ................................................. 40 4 全文总结与展望 .................................................. 41 谢辞 .............................................................. 42 参考文献 .......................................................... 43

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

摘要:机械工业为国民经济提供设备，它的技术和现代化程度极大的影响着整个国民经济的技术水平。现代化的工

业、农业、交通等各个部门的发展要求设计出更多生产效率高，性能良好的机械设备。为此，必将对机械设计或机构设计提出更高的要求。目前，我国的机械工业水平和世界一流技术还存在不少的差距，甚至某些行业仍然存在着仿制和类比设计，缺乏自主的创新性，关键问题之一就是设计水平落后。要改变这一现状，就必须要重视现代设计方法的研究、推广和应用。在此背景下，基于计算机的虚拟技术，虚拟产品开发就越来越显出其独特的优势。

本课题的主要目的就是把虚拟技术与传统减速器相结合，基于SolidWorks虚拟环境，对双级圆柱齿轮结构进行三维建模、装配，然后对其虚拟模型进行运动仿真，实现了计算机和传统机械的结合分析，对传统减速器的设计、改进提供一个方便有利的研究平台。

本文从双级圆柱齿轮减速器入手，分析双级圆柱齿轮减速结构的组成及工作过程，对其内部结构、工作方式和原理做了一个比较详细的论述，分析了应用虚拟设计方法到达快速开发传统减速器的可行性和优越性。并对虚拟建模技术在今后的机械行业中将能起到的巨大推动作用，进行了展望。

经过研究和分析，可以说虚拟装配技术的应用能够有效的检验零部件及装配的合理性，缩短设计周期，而且可以更方便、更准确的进行部分优化设计，并可以与其他的现代技术相接轨，实现科学研究的与时俱进。这项技术的广泛合理应用，将会给机械行业的发展带来巨大的飞跃。

关键词：SolidWorks，双级圆柱齿轮减速器

第 1 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

Double-cylinder Gear Reducer Design Based on SolidWorks

Abstract:Machinery Industry provides equipment for the national economy. Its technology and modernization greatly

impact on the national economy as a whole level of skills. The modernization of industry, agriculture, transportation and other requirements for the development of various departments need to design more efficient production, the good performance of the mechanical equipment. So it is bound to mechanical design or institutions designed to higher requirements. At present, China's machinery industry standard and world-class technology there are still many gaps, even some industries there are still imitation and analog design, lack of independent innovation. To change this situation, it is necessary to attach importance to modern design methods of research, extension and application. In this context, computer-based virtual technology, virtual product development on the increasingly show its unique advantages.

The main purpose of this task is to virtual technology combined with traditional reducer, based on SolidWorks virtual environment, the dual-class structure of Gear 3-D modeling, assembly and movement of their virtual model simulation, a computer realize the combination of traditional mechanical analysis, the design of the traditional reducer, improved to provide a convenient favourable research platform.

This article from the double-cylinder gear reducer start of double-cylinder gear slowdown in the composition and structure of the work process, its internal structure, working methods and principles to do a more detailed exposition of the application of virtual design method at Rapid Development Traditional reducer the feasibility and superiority. And virtual modeling technology of the machinery industry in the future will be able to play a tremendous role in promoting, for the future.

After research and analysis, it can be said of the virtual assembly technology can be effectively applied the test of components and assembly is reasonable to shorten the design cycle, but also more convenient and more accurate part-optimized design, and with other modern technology convergence , and scientific research to advance with the times. The technology of the extensive application of reasonable, to the machinery industry will be the development of huge leap.

Keywords: SolidWorks, double-cylinder gear reducer

第 2 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

1 绪论

1.1 减速器及其研究方法的现状和发展趋势

减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。减速器的作用有以下两点：一是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；二则降速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。减速器的种类很多，按照传动类型可以分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器以及它们相互组合起来的减速器；按照传动的级数可以分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可以分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可以分为展开式、分流式和同轴式减速器。

20世纪末的20多年，世界齿轮技术有了很大的发展。产品发展有5大趋势：高速化、小型化、低噪声、高效率、高可靠度。技术发展3大趋势引人注目：硬齿面技术、功率分支技术、模块化设计技术。其他技术的发展，例如：加工检测、修形、材料和热处理的质量控制、精度提高、设计方法和手段等也令人惊喜。这些技术的应用和日趋成熟，使齿轮产品的性能价格比大大提高，产品越来越完美，齿轮在传动领域中仍牢牢地占据着不可替代的位置。

我国20世纪70年代至90年代初，高速齿轮技术经历了测绘仿制、技术引进（和技术攻关）、到能独立设计制造三个阶段。现在我国自己的设计制造能力基本上可满足国内生产的需要，南高齿设计制造的最高参数为: 最大功率44MW（正制造55MW），最高线速度168m/s，最高转速67000r/min。低速重载齿轮技术，特别是硬齿面齿轮技术也是经历了测绘仿制等阶段，从无到有逐渐发展起来。除了摸索撑握制造技术外，在推广硬齿面技术过程中，还作了解决“断轴”、“选用”等一系列有意义的工作。在七八十年代一直认为国内重载齿轮两大难题“水泥磨减速器”和“轨钢机减速器”，现在可以说已完全解决。八十年代末至九十年代初，伴随着渗碳淬火硬齿面齿轮减速器技术的推广，我国的通用齿轮减速器曾经历了一次大的发展，相继制订了几个硬齿面减速器的系列标准，如几个硬齿面减速器标准: ZBJ19004-88、ZBJ19026-90、YB/T050-93。我国有自己知识产权的标准，如“三环”，行成了以南京高速齿轮箱厂为代表的能够生产硬齿面减速器的一批企业，对推进我国齿轮技术的进步，缩短与国外先进水平的差距，对促进国民经济的发展作出了重要贡献。八十年代，仅有FLENDER等少数国外公司进入了中国市场，虽然他们在技术上占有优势，但对于迅猛发展起来的中国硬齿面减速器行业来说，尚构不成太大的威胁。九十年代中期以来，随着国门越来越敞开，国外公司开始大举抢占中国市场，仅在天津就有德国的SEW亚洲制造中心、芬兰圣坦撒罗、德国FLENDER、日本的住友、德国佐轮、日本三木等多家国外公司独资办厂，美国的福克、比利时的HANSEN等许多知名公司也纷纷把自己的通用减速器往中国市场上打（国外公司在中国争的都是通用减速器这一块

第 3 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

的市场，专用减速器他们成本高，不占优势）。这些公司不仅是全球经营，而且是全球制造，它们凭装备、技术、资金和规模的优势大有把中国企业一举打垮之势。有的为了占领中国市场，甚至毫不掩饰地宣传自己在中国奉行5年内不赢利的倾销方针。九十年代，国外的通用减速器普遍都经历了一次新的更新的更新换代，它们不断推出的新的更新换代的硬齿面通用减速器标准，不但在承载能力等主要技术指标上又有大的提高，而且在模块化设计方面都作了新的努力，相比之下，我们的标准都已落后，而且已逐渐失去了价格上的优势。可以说，从1995年开始，我国的硬齿面通用减速器就没有能与国外相抗衡产品了，致使我们的企业在与国外公司的竞争中连连失利，仅几年的时间，眼睁睁看着中国需求高档通用减速器的市场基本上已全被国外公司一个一个地占去，中国的通用减速器行业已面临严重的危机。

国内通用减速器的市场份额示意图如下。

图1-1

简而言之，我国原有减速器与国外的差距主要表现在两个方面：技术水平的差距和生产规模的差距。现结合介绍国外技术的发展，着重讲技术水平的差距。

（1）承载能力又大幅度提高。以FLENDER公司为例，同样（或基本接近）的中心距1995年样本的额定功率比1988年样本提高10～20%，1997年样本又比1995年样本提高了约20% ，1999年样本又比1997年样本提高了约10%。除个别公司外，国外著名公司产品样本的承载能力大致在同一条水平线上。承载能力能提高的主要原因，是技术的成熟、质量控制水平的提高和稳定，部分公司采用了修形技术等。而我国现在仍然一直在唱主角的ZBJ19004-88和TB/T050-93减速器的额定功率仅分别和FLENDER 1985，1988年样本值相当，即使能达到标准的水平(很多厂达不到)，也比人家落后16年，且差距越来越大。同时，由于国外质量控制水平的提高和稳定，选用系数减小。实际选下来，有时国外的减速器可能比我们国产的轻一半左右，就造成选国外的报价会比国产的便宜。质量不如人家，价格上的优势又丧失，国产减速器就压根没法与国外竞争。

（2）模块化设计方面作了新的努力。比利时HANSEN公司最早在减速器设计中成功地应用了模块化技术，开发出HPP系列。住友公司引进HANSEN技术，推广了HPP产品。80年代国外大多公司

第 4 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

的产品（FLENDER、SEW、Thyssen„）的中心距等主要参数都采用了R20优先数，大大减少了主要件的品种规格，部分实现了模块化设计，我国的几个标准基本上都以此为母型开发的。这类方法总地说仍是模块化程度不高，零件难以形成大的批量。90年代FLENDER彻底甩掉原来的系列体制，按模块化的思路开发出方形的H—B系列。HANSEN又丢弃了多面安装的HPP的长方外形，开发出P4系列，其小规格仍继承了HPP的中心距。Sew（Santasalo）在继续保留原优先数中心距的产品外，又在中小常用规格开发出M、MC系列。

住友公司仍是采用HPP的外形，采用25°齿形角，2、3、4级用同样的箱体的办法，开发出8000系列，2001年又开发出9000系列。各公司的模块化设计各有特色，共同点几乎都是把输入锥齿轮轴部分作成单独模块组装到圆柱齿轮箱体上，使两类产品的箱体通用。

（3）进一步采取降噪措施。FLENDER、HANSEN都是通过改进齿轮的参数和箱体的结构设计来降低噪声。按HANSEN公司标准，P4的噪声比HPP低2.5-9 dB(A)。

（4）进一步改进密封和外观。密封是各国外公司的重点改进点之一，既要无渗漏，又要摩擦磨损少，功耗发热少。HANSEN，FLENDER，SEW，FALK等公司都研制了自己的密封结构。高速轴多为非接触的迷宫式。许多公司越来越重视减速器的外观造型设计，如HANSEN的P4减速器的外型就是请专业人员设计的。许多减速器都像工艺品一样漂亮。而国产减速器不但外形差，漏油等现象仍很普遍，难以根制。国产减速器技术水平的差距还表现在传动效率低，热功率低，可靠性差等方面。

国外公司的通用减速器生产都已形成相当的规模，因而可有效地降低成本，增强竞争力。如日本住友公司的一个制造所就月产齿轮电机25000台；月产模块化通用减速器850台。而我国生产齿轮减速器的专业厂虽高达近200家，但能生产硬齿面齿轮减速器且有一定量的也就是30家左右。硬齿面齿轮通用减速器这一块，都是单件小批生产，产量最高的年产数百台，产值不超过5000万元，低的也就是几百万。把所有骨干企业加到一起，产值产量也或许敌不上国外公司的一个厂。

（5）ISO开始着手制订减速器的技术条件标准。截止目前为止，除AGMA外，世界各公司的产品都是按各自的经验和条件生产自己的产品，没有统一的标准，使得工况系数的选用不一致，使用寿命没有统一的规定，热功率计算不准，某些商业炒作因素难以排除，给用户的选用带来很大的不便。90年代ISO开始起草ISO/WD13593工业闭式齿轮传动装置“Enclosed Gear Drives for Industrial Applications”的技术报告草案，其内容包含: 直齿、斜齿轮装置、承载能力，计算规则，应用范围的通则。其中的工况系数KSF值采用AGMA的值，给出了两种详细计算热功率的方法，并首次提出按满足100%的载荷运行10000小时加上200%的载荷运行10000次的循环次数来确定额定功率的方法。ISO标准的制订，必将进一步规范世界减速器行业的行为，促进减速器技术的发展。

（6）工况系数的新变化。工况系数减小的趋势:以皮带机为例，过去载荷分类为M、H，对应于

第 5 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

每天工作10h以上时的工况系数KA为1.5、2.0，现在按AGMA标准已降至1.25～1.5。减速器仍按每天工作小时数划分（≤3h，3～10h，＞10h）。以往不同时间档次之间KA的差值为0.25。

（7）热功率计算。普遍开始考虑海拔高度对散热的影响，增加海拔高度系数。淡化或不再考虑功率利用率的影响。FLENDER 1993年前的样本都采用功率利用系数，1997年后修改了热功率计算方法，不再采用功率利用系数。ISO 推荐的两种热功率计算方法尚未被采用。FLENDER从型式上改变了以往的热功率计算方法，比起SEW、往友来，FLENDER不论是老方法，还是新方法热功率计算都细得多。

国内通用齿轮减速器技术的新发展表现在下面几个方面。由于产品不能及时更新，一直停留在国外八十年代的水平上，致使和国外已经缩得很小的差距又在逐年拉大。现在，总的情况是我们的产品已落后十六年以上，面对国门的敞开，已无力对抗国外的挑战。企业在争市场，打低价位战。研究所已企业化。但是，在市场经济大潮的冲击中，在体制变革的阵痛中，我国齿轮界的科研和新产品开发的格局正在悄悄地发生着根本性变化，许多企业正在成为新产品开发和科研的主力军。例如，南高齿从90年代中期就开始了艰苦的努力，瞄准国外最先进的水平，经过艰苦的努力，开发出可与国外强手一比高低的世界一流产品。现在成果出来了，这些成果的问世，意味着我们无力抗衡国外挑战的局面的结束，到了我们应战的时候了。

形势: 软齿面和中硬齿面在中国仍占据很大市场，在相当长时间内不可能被取代。形势逼迫采用这类减速器的企业必须进行改造，但又无力升级到硬齿面，迫切需要制造成本低、技术附加值高的产品。减速器由软齿面改成中硬齿面后，由于性能价格比反而降低，没有生命力，推广不开（如ZDZ、QJ系列），致使软齿面减速器禁而不止，严重制约了配套主机的技术水平的提高。我国在圆弧齿面方面作了很多工作，到90年代，双圆弧齿轮技术已经很成熟，但由于认识等方面的原因，推广得很不够，很长时间没有形成通用系列产品。九十年代，一项新成果“点线啮合齿轮传动技术”的出现引起了我们高度的重视，它兼具渐开线和圆弧两种齿轮的特点，特别是加工简便、承载能力高、噪声低等优点极具特色。虽然，当时只是在软齿面获得应用，也没真正形成系列，但是我们看准了它有生命力，我们决定通过我们的努力把它转化成生产力。点线啮合传动是一种全新的传动型式，是武汉交通科技大学经十多年的研究获得的科技成果，1999年9月被列为“九五”重点科技推广项目。DNK系列点线啮合齿轮减速器，是在国内外首次将点线啮合传动技术应用到中硬齿面领域，成功地研制开发出的上规模、上档次、高技术附加值的标准系列产品。

1.2 SolidWorks及其在工程中的应用

SolidWorks是生信国际有限公司推出的基于windows的机械设计软件，是微机版全参数化特征造型软件，图形界面简捷友好，用户上手快。只要熟悉Windows，不论有无CAD的使用经验，都基

第 6 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

本上能用SolidWorks进行设计。SolidWorks具有全面的零件实体建模功能、全相关的钣金设计能力、装配设计功能、从三维模型自动转换成二维工程图的功能，还具有动画和渲染的功能等。既能满足工程师的需要。又能满足艺术家的向往。

SolidWorks有丰富的零件实体建模功能。变量化的草图轮廓绘制，并能自动进行动态约束检查。通过拉伸、旋转、薄壁特征、抽壳、特征阵列以及打孔等操作更简便地实现产品的设计。通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控的相关操作能生成形状复杂的构造曲面，可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等操作。所有特征都可以用拖动手柄改变尺寸，并有动态的形状变化预览。可实现变半径倒圆、指定区域倒圆、填角和圆角过渡。在屏幕左侧显示的特征树，可直观有效地管理整个设计过程，可以随意地改变零件的形状和设计意图；可以进行特征的拖动、剪贴和换序；可以把一个窗口零件上的某些特征剪切、复制到另一窗口的零件上。当设计完成的零件被其他设计人员调用时，能够很快地通过特征树了解此设计意图和设计过程，并可以马上按自己的设计思想进行修改。

SolidWorks可以很方便地生成装配体，提供基于装配关系和运动特征的装配设计功能，支持多重的子装配。利用特征树，可以像在零件设计中那样对装配体中的零件进行任意修改。在装配模型中，可进行前后关联的设计。有严密的几何和尺寸约束管理，清楚地区分欠约束、全约束和过约束。零件实体图、装配图和工程图全程共享关联性约束，任一环节中的修改会自动反映到其他两个环节的图形上。在调用大装配时，“轻化”零部件的功能极大地减小了存储空间，提高了运行速度。

在SolidWorks中有一个插件Animator。即动画功能。利用这一功能，给定运动方式和运动路径，可以使装配体产生运动，从运动过程可以看出各零件是否会产生运动干涉，以便及时修改。Animator可以把运动过程生成AVI动画文件，保存后可以脱离软件环境独立运行。

SolidWorks可进行不同数据各式的输入输出，支持的数据标准有：IGES、DXF、DWG、SAT(ACSI)、STEP、STL，ASCII，或二进制格式VDAFS(VDA)、VRML、Parasolid。

SolidWorks软件包括零件设计建模、装配设计建模、工程图纸绘制三个基本环境，同时具有全相关的钣金设计功能。在工程设计中，软件在零件和装配的三维设计中，可方便地检查质量特性，检查静态和动态干涉，了解零件的空间关系，同时方便地与运动分析和有限元分析建立接口。为了充分发挥软件的功用，应注意以下设计技巧：①正确的设计思路：确定基本体特征和合理标注尺寸，以及规范特征和参数名称。②利用设计表，③利用特征库：包括特征库的应用和建立特征库。

1.3 课题的提出和研究意义

在许多世界级大企业中被广泛应用的计算机辅助三维设计(CAD)的高端主流软件SolidWorks的装配模块就采用了虚拟装配技术，即便是在产品设计的初期阶段，所产生的最初模型也可放人虚拟

第 7 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

环境进行实验，可在虚拟环境中创建产品模型，使产品的外表、形状和功能得到模拟，而且有关产品的人机交互性能也能得到测试和校验，产品的缺陷和问题在设计阶段就能被及时发现并加以解决。

在传统的二维设计中其基本设计流程是在已有的减速器的基础上进行，设计中存在以下问题： (1)难以对所设计的产品进行装配检验、力学分析、运动分析、有限元分析等工作；

(2)设计工作一般是在已有减速器基础上进行的变型设计，设计人员根据所需设计的系列，在该系列中找到最相似的减速器样机，再调出相应的零部件二维工程图纸，在该图纸上进行变型设计。由于减速器种类太多，因此设计人员花费大量时间在寻找相似产品上，造成不必要的人力浪费，加长了产品的开发周期，使得一个新产品的设计开发周期一般达到6个月以上；

(3)在设计时容易忽略有些零部件已改动，而相应的其他零部件却没有改动或改动有错，导致装配时装配不上。由于不能进行装配检验，产品要到装配时才能发现有错，易造成很大的浪费；

(4)虽然在零件图的绘制上采用现有的二维参数驱动，但是对于零件的构造、装配、组合等一系列产品级的设计工作，仍然非常复杂而繁琐；

(5)减速器产品的管理采用传统的管理方法，图纸管理很大程度上还是手工形式，随着系列产品的增加和不断开发新产品，管理越来越麻烦，特别是管理工程图纸时传统管理费时费力且技术人员查找很不方便，而且修改时又必须重新绘制新的图纸存档，造成纸张的不必要浪费。

综上所述，使用SolidWorks进行减速器设计，同时为减速器的性能分析、运动分析、有限元分析提供三维实体模型和根据三维实体模型生成各零部件的工程图纸和装配图纸，并把减速器的各种图文档管理起来是很有效的。本课题的开展在减速器的设计、性能分析、图文档和系统化管理，缩短减速器的开发周期，减少设计人员的工作强度，提高设计效率，减少设计差错具有重要意义。

1.4课题的主要内容

本设计是基于SolidWorks软件平台对双级圆柱齿轮减速器进行实体造型的，首先介绍减速器国内外发展现状，分析相关领域的最新研究成果。以及SolidWorks介绍和在工程中的应用。然后设计分析计算了双级圆柱齿轮减速器的参数。介绍了SolidWorks的设计原理，典型零件建模，虚拟装配及干涉分析。最后是全文总结与展望。

第 8 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

2 双级圆柱齿轮减速器的设计计算及分析

2.1 减速器的结构

减速器一般由机箱、传动件、轴系部件及附件组成的。使设计中的双级圆柱齿轮减速器分别由连轴器、输入轴、传动轴、输出轴、斜齿轮、直齿轮、轴承、箱体等一些附件组成的。它们的各尺寸参数按照给定的条件进行设计。下面以给定任务和要求进行设计作为实例进行设计和分析。

2.2 设计的条件及要求

（1）要求：拟定传动关系：由电动机、V带、减速器、联轴器、工作机构成。

（2）工作条件：双班工作，有轻微振动，小批量生产，单向传动，使用5年，运输带允许误差5%。

（3）已知条件：运输带卷筒转速19r/min，减速箱输出轴功率马力P=4.25马力。

2.3 方案设计及电机选择 2.3.1方案简图 Iη2η3η1IIη5PwPdIIIη4IV 图2-1 减速器装置简图 2.3.2 电动机的选择 （1）计算电机所需功率Pd:查《机械设计课程设计》表2-4

1－带传动效率：0.96

2－每对轴承传动效率：0.99

3－圆柱齿轮的传动效率：0.96 4－联轴器的传动效率：0.993

5—卷筒的传动效率：0.96

－电机至工作机之间的传动装置的总效率

第 9 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

4212345

PwP45 PdPw 3.67KW（2）确定电机转速。查指导书第7页表1：取V带传动比i=2～4

二级圆柱齿轮减速器传动比i=8～40所以电动机转速的可选范围是：

n电机=n卷轴×i总=19×（2～4）×（8～40）=304～3040r/min

符合这一范围的转速有：750、1000、1500、3000

根据电动机所需功率和转速查手册《机械设计课程设计》表8-167，有4种适用的电动机型号，因此有4种传动比方案如表2-1。

表2-1

方案 电动机型号 额定功率 同步转速 r/min 额定转速 r/min 2890 1440 960 720 重量 总传动比 1 2 3 4 Y112M-2 Y112M-4 Y132M1-6 Y160M1-8 4KW 4KW 4KW 4KW 3000 1500 1000 750 45Kg 43Kg 73Kg 152.11 75.79 50.53 118Kg 37.89 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和带传动、减速器的传动比，可见第3种方案比较合适，因此选用电动机型号为Y132M1-6，其主要参数如表2-2。

表2-2

额定功率kW 4 满载同步质A D E F G H L AB 转速 转速 量 960 1000 73 216 38 80 10 33 132 515 280 2.3.3 确定传动装置的总传动比和分配传动比

n96050.53 总传动比：i总n卷筒19分配传动比：取i带=3.05 则i1i250.53/3.0516.49

i1=（1.3～1.5）i2取i1=1.3i2 i2=3.56 i1=4.56

注：i带为带轮传动比，i1为高速级传动比，i2为低速级传动比。

第 10 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

2.3.4 计算传动装置的运动和动力参数

将传动装置各轴由高速到低速依次定为1轴、2轴、3轴、4轴。

01,12,23,34——依次为电机与轴1，轴1与轴2，轴2与轴3，轴3与轴4之间的传动效率。(1) 各轴转速

n1nm960314.86r/min i带3.05nn1960m68r/min i1i带i134.63nmn296019.1r/min i2i带i1i234.633.56n2n3(2) 各轴输入功率

p1pd013.670.963.52kW

p2p112pd01123.670.960.990.963.21kW

p3p223pd0112233.670.960.990.960.990.963.05kW

p4p334pd011223343.670.960.990.960.990.960.990.9933kW

(3) 各轴输入转矩

Td9550pd3.67955036.5N.m nw960T1Tdi带0136.53.050.96106.9N.m

T2T1i112Tdi带i1011236.53.054.630.960.990.96470.3N.m

T3T2i223Tdi带i1i201122336.53.054.633.560.960.990.960.990.961591.5N.m T4T334Tdi0i1i20112233436.53.054.633.560.960.990.960.990.960.990.9931575.6N.m

第 11 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

表2-3

轴名 输入 电动机轴 1轴 2轴 3轴 4轴 3.52 3.21 3.05 3 功率P KW 输出 3.67 3.48 3.18 3.02 2.97 输入 106.9 470.3 1591.5 1575.6 转矩T Nm 输出 36.5 105.8 465.6 1559.6 1512.6 转速r/min 960 314.86 68 19.1 19.1 2.4 设计V带和带轮

(1)设计V带 ①确定V带型号

查《机械设计》P205表13-6得：KA1.2 则PcKAPd1.23.674.4kW

根据Pc=4.4，n0=960r/min，由《机械设计》P205图13-5，选择A型V带，取d1125。

d2n1d113.051250.98373.63n2

查《机械设计》第206页表13-7取d2375。

为带传动的滑动率=0.01～0.02。

②验算带速

Vd1n16010001259606010006.28m/s

带速在5～25m/s范围内，合适。 ③取V带基准长度Ld和中心距a

初步选取中心距a：a01.5d1d21.5125375750，取a0750。

由《机械设计》第195页式（13-2）得：L02a02d1d2d2d14a022305.8查《机

械设计》第202页表13-2取Ld2500。由《机械设计》第206页式13-6计算实际中心距：

aa0LdL0847.1。 2④验算小带轮包角

第 12 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

由《机械设计》第195页式13-1得：180⑤求V带根数Z

由《机械设计》第204页式13-15得

d2d157.3163120。 aZPc

P0P0KKL查《机械设计》第203页表13-3由内插值法得

P01.38 P00.108。 EFAF BCACEF=0.1

P0=1.37+0.1=1.38

EFAF BCACEF=0.08 P00.100.108

查《机械设计》第202页表13-2得KL1.09。

查《机械设计》第204页表13-5由内插值法得K0.959。

1=163.0

EFAF BCACEF=0.009

K=0.95+0.009=0.959

则ZPc4.4kW2.84

P0P0KKL1.380.1080.9591.09取Z3根。

⑥求作用在带轮轴上的压力FQ

查《机械设计》201页表13-1得q=0.10kg/m，故由《机械设计》第197页式13-7得单根V带的初拉力：

F0500Pc2.55004.42.5(1)qv2(1)0.106.282190.9N zvK36.280.959作用在轴上压力

第 13 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

Fc2ZF0sin223190.9sin1631132.8N。 22.5 齿轮的设计

(1)高速级大小齿轮的设计 ①材料

高速级小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为250HBS。高速级大齿轮选用45钢正火，齿面硬度为220HBS。

②查《机械设计》第166页表11-7得

Hlim1550Mpa Hlim2540Mpa。

查《机械设计》第165页表11-4得：SH1.1 SF1.3。 故H1 H2Hlim1SHHlim2SH550Mpa500Mpa 1.1540Mpa490Mpa。

1.1查《机械设计》第168页表11-10C图得

Flim1200Mpa Flim2150Mpa。

故F1Flim1SF200MpaFlim2150Mpa154Mpa F2115Mpa。

1.3SF1.3③按齿面接触强度设计

9级精度制造，查《机械设计》第164页表11-3得：载荷系数K1.2 取齿宽系数a0.4 计算中心距 由《机械设计》第165页式11-5得

335KT13au11Hau1253351.21.069104.6313179.4 4900.44.632考虑高速级大齿轮与低速级大齿轮相差不大取a210 m2.5

2a168取Z129 Z2139 m1394.79 实际传动比：294.794.63100%3.5%5% 传动比误差：

4.63则Z1Z2齿宽：baa0.421084取b284b190

高速级大齿轮：b284 Z2139高速级小齿轮：b190 Z129

第 14 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

④验算轮齿弯曲强度

查《机械设计》第167页表11-9得：YF12.6 YF22.2

2KT1YF121.2106.92.6103按最小齿宽b284计算：F143.5MpaF1

bm2Z1842.5229F2YF2F136.8MpaF2 所以安全。 YF1⑤齿轮的圆周速度

Vdn11601000292.5314.86010001.19m/s

查《机械设计》第162页表11-2知选用9级的的精度是合适的。 (2)低速级大小齿轮的设计 ①材料

低速级小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为250HBS。 低速级大齿轮选用45钢正火，齿面硬度为220HBS。 ②查《机械设计》第166页表11-7得

Hlim3550Mpa Hlim4540Mpa

查《机械设计》第165页表11-4得：SH1.1 SF1.3 故H3Hlim3SH550MpaHlim4540Mpa500Mpa H4490Mpa 1.1SH1.1查《机械设计》第168页表11-10C图得：Flim3200Mpa Flim4150Mpa 故F3Flim3SF200MpaFlim4150Mpa154Mpa F4115Mpa

1.3SF1.3③按齿面接触强度设计

9级精度制造，查《机械设计》第164页表11-3得：载荷系数K1.2，取齿宽系数0.5 计算中心距，由《机械设计》第165页式11-5得：

335KT2au213Hu2取a250 m4 则 Z3Z4233351.2470.3103.5613241.3 0.43.5649022a125取Z327Z498 m第 15 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

983.56计算传动比误差：27100%1.9%5%合适

3.56齿宽：ba0.5250125 则取b4125

b3=b4+(5～10)=130

低速级大齿轮：b4125 Z498 低速级小齿轮：b3130 Z327 ④验算轮齿弯曲强度

查《机械设计》第167页表11-9得：YF32.65YF42.25

2KT3YF321.21591.52.65103按最小齿宽b4125计算：F347.9MpaF3 22bmZ3125427F2YF4F340.7MpaF4安全。 YF3⑤齿轮的圆周速度

Vdn32601000274686010000.12m/s

查《机械设计》第162页表11-2知选用9级的的精度是合适的。

2.6 减速器机体结构尺寸

表2-4

名称 箱座厚度 箱盖厚度 箱盖凸缘厚度 箱座凸缘厚度 箱座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 地脚螺钉数目 轴承旁联结螺栓直径 符号 计算公式 结果  1 b1 0.025a38 10 9 12 15 25 M24 6 M12 10.02a38 b11.51 b b2 b1.5 b22.5 df df0.036a12 查手册 n d1 d10.72df 第 16 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计 盖与座联结螺栓直径 d2 d2=（0.5～ 0.6）df M10 轴承端盖螺钉直径 d 3d3=（0.4～0.5）df M8 10 视孔盖螺钉直径 定位销直径 d4 d4=（0.3～0.4）df 8 8 34 22 18 d d=（0.7～0.8）d2 查手册表11—2 df，d1，d2至外C1 箱壁的距离 df，d2至凸缘边C2 缘距离 外箱壁至轴承端面距离 大齿轮顶圆与内箱壁距离 齿轮端面与内箱壁距离 箱盖，箱座肋厚 查手册表11—2 28 16 l1 l1=C1+C2+（5～10） 50 1 1>1.2 15 2 2> 10 m1,m m10.851,m0.85 9 8.5 轴承端盖外径 D2 D2D+（5～5.5）d3 120（1轴） 125（2轴） 150（3轴） 轴承旁联结螺栓距离 S SD2 120（1轴） 125（2轴） 150（3轴） 2.7 轴的设计

2.7.1 高速轴设计 ①材料

第 17 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

选用45号钢调质处理。查《机械设计》第230页表14-2取35Mpa C=100。 ②各轴段直径的确定

根据《机械设计》第230页式14-2得：dminC3P13.52100322.4 又因为装小带轮n1314.8的电动机轴径d38，又因为高速轴第一段轴径装配大带轮，且d1=(0.8～1.2) ×38所以查手册第9页表1-16取d136。L1=1.75d1-3=60。

d240因为大带轮要靠轴肩定位，且还要配合密封圈，所以查手册85页表7-12取d240，

L2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。

d3段装配轴承且d3d2，所以查手册62页表6-1取d345。选用6009轴承。

L3=B+3+2=16+10+2=28。

d4段主要是定位轴承，取d450。L4根据箱体内壁线确定后在确定。 d5装配齿轮段直径，判断是不是做成齿轮轴。 edfd42t12.5m查手册51页表4-1得：t13.3mm

得：e=5.9＜6.25。

d6段装配轴承所以d6d345 L6= L3=28。

校核该轴和轴承：L1=73 L2=211 L3=96

2T12106.9103作用在齿轮上的圆周力为：Ft2948N

d1292.5径向力为FrFtgt2984tg201073N

作用在轴1带轮上的外力：FFQ1132.8N 求垂直面的支反力

F1Vl2Fr2111073800N l1l273211F2VFrF1V1073800273N

求垂直弯矩，并绘制垂直弯矩图

MavF2vl227321110357.6N.m

'MavF1vl18007310357.4N.m

第 18 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

求水平面的支承力 由F1H(l1l2)Flt2得

F1Hl2211Ft29482197N l1l273211F2HFtF1H29482197751N

求并绘制水平面弯矩图

MaHF1Hl1219773103158.2N.m

'MaHF2Hl2751211103158.4N.m

求F在支点产生的反力

F1Fl3F961132.8384.3N l1l273211F2FF1FF384.31132.81517.1N

求并绘制F力产生的弯矩图

M2FFl31132.896103108.7N

'MaFF1Fl1384.37310327.7N

F在a处产生的弯矩

MaFF1Fl1384.37310327.7Nm

求合成弯矩图

'22考虑最不利的情况，把MaF与MavMaH直接相加。

'22MaMaFMaVMaH27.757.62158.22196.1N.m ''2'2MaMaFMaVMaH27.757.42158.42196.2N.m

求危险截面当量弯矩

从图可见，m-m处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数0.6）

MeMa2(T)2196.22(0.6106.9)2206.4N.m

计算危险截面处轴的直径

因为材料选择45调质，查《机械设计》225页表14-1得B650MPa，查《机械设计》231页表

第 19 页 共43页

#上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

14-3得许用弯曲应力1b60MPa，则

3Me206.410d3332.5mm

0.11b0.160因为d5d4da50mmd，所以该轴是安全的。 轴承寿命校核

106Cft轴承寿命可由式Lh()h进行校核，由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以PFr，查

60nPfP《机械设计》259页表16-9，10取ft1,fp1.2,取3 按最不利考虑，则有：Fr12F12800221972384.32722.4N vF1HF1FFr2F22vF22HF2F273275121517.12316.2N

106Cft106129.51033则Lh()h()6.3年 因此所该轴承符合要求。

60nfPP60314.81.22316.2弯矩及轴的受力分析图2-3。

第 20 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

图2-2

键的设计与校核

根据d136,T1106.9，确定V带轮选铸铁HT200，参考教材表10-9，由于d136在30～38范围内，故d1轴段上采用键bh：108

采用A型普通键

键校核.为L1=1.75d1-3=60综合考虑取l=50

4T14106.9103得37.1Mpapdlh[p]3685010

查《机械设计》155页表10-10，[σb]=50～60，所选键为：bhl:10850 2.7.2 中间轴的设计 ①材料

选用45号钢调质处理。查《机械设计》第230页表14-2取35Mpa②根据《机械设计》第230页式14-2得

第 21 页 共43页

C=100。

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

dminC3P23.21100336.1 n268d1段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取d140，查手册62页表6-1选用6208轴承，

L1=B+3+2+(2～3)=18+10+10+2=40。

d2装配低速级小齿轮，且d2d1取d245，L2=128，因为要比齿轮孔长度少（2～3）。 d3段主要是定位高速级大齿轮，所以取d360，L3=4=10。 d4装配高速级大齿轮，取d445 L4=84-2=82。

d5段要装配轴承，所以查手册第9页表1-16取d545，查手册62页表6-1选用6208轴承，

L1=B+3+2+3+（2～3）=18+10+10+2=43。

③校核该轴和轴承

L1=74 L2=117 L3=94

作用在2、3齿轮上的圆周力

2T22470.3103Ft22707N

d21392.52T22470.3103Ft38709N

d3274径向力

Fr2Ft2tg2707tg20985N Fr3Ft3tg8709tg203169N

求垂直面的支反力

F1VFr3l3Fr2(l2l3)985(11794)316994316N

l1l2l37411794F2VFr3F1VFr231693169852500N

计算垂直弯矩

MaVmF1Vl13167410323.9N.m

MaVnF1V(l1l2)Fr2l2316(74117)9851171053.5N.m

求水平面的支承力

3F1HFt3l3Ft2(l2l3)87099427072114586N

l1l2l37411794第 22 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

F2HFt2Ft3F1H2707870945866830N

计算、绘制水平面弯矩图

MaHmF1Hl1458674103323N.m

MaHnF2H(l1l2)Ft3l26830(74117)870911710295N.m

求合成弯矩图，按最不利情况考虑

22MamMavmMaHm23.923232323.8N.m 22ManMavnMaHn53.522952300N.m

3求危险截面当量弯矩

从图可见，m-m，n-n处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数0.6）

2MeMan(T2)23002(0.6470.3)2411N.m 2(T2)2323.82(0.6470.3)2413N.m Me'Mam计算危险截面处轴的直径

Me411103340.9mm n-n截面:d30.11b0.1603Me'41310340.9mm m-m截面:d30.11b0.160由于d2d445mmd，所以该轴是安全的。 轴承寿命校核

106Cft轴承寿命可由式Lh由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以PFr，()h进行校核，

60nPfP查《机械设计》259页表16-9，10取ft1,fp1.1,取3

2Fr1F123162458624596N vF1HFr2F22vF22H25002683027273N

106Cft106129.51033则Lh()h()2.12y，轴承使用寿命在2～3年范围内，

60n2PfP60681.17273因此所该轴承符合要求。 ④弯矩及轴的受力分析如图2-4

第 23 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

图2-3

⑤键的设计与校核

已知d2d445,T2470.3N.m参考教材表10-11，由于d2(44~50)所以取bh:149 因为齿轮材料为45钢。查《机械设计》155页表10-10得[σ]=100～120 L=128-18=110取键长为110. L=82-12=70取键长为70

4T24470.3103根据挤压强度条件，键的校核为：b82.9Mpab

dhl45970144T24470.3103b54Mpab

dhl45910014所以所选键为:bhl:14970 bhl:149110 2.7.3 从动轴的设计 （1）确定各轴段直径 ①计算最小轴段直径

因为轴主要承受转矩作用，所以按扭转强度计算，由式14-2得：

第 24 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

d1C3P33.56100357.1mm考虑到该轴段上开有键槽，因此取 n319.1d157.1(15%)59.9mm查手册9页表1-16圆整成标准值，取d163mm

②为使联轴器轴向定位，在外伸端设置轴肩，则第二段轴径d270mm。查手册85页表7-2，此尺寸符合轴承盖和密封圈标准值，因此取d270mm。

③设计轴段d3，为使轴承装拆方便，查手册62页，表6-1，采用挡油环给轴承定位。选轴承6215:D130,B25,da84，d375

④设计轴段d4，考虑到挡油环轴向定位，故取d480

⑤设计另一端轴颈d7，取d7d375mm，轴承由挡油环定位，挡油环另一端靠齿轮齿根处定位。 ⑥ 轮装拆方便，设计轴头d6，取d6d7，查手册9页表1-16取d680mm。 ⑦设计轴环d5及宽度b

使齿轮轴向定位，故取d5d62h802(0.07803)97.2mm取d5100mm

b1.4h1.4(0.07803)12mm，

（2）确定各轴段长度

l1有联轴器的尺寸决定l1L107mm l2meL550

因为mL2B254251019mm，所以l2meL519916550mm 轴头长度l6=lh-(2～3)=125-3=122因为此段要比此轮孔的长度短2～3

l3=B+Δ3+(2～3)=38

其它各轴段长度由结构决定。 （3）校核该轴和轴承

L1=97.5 L2=204.5 L3=116

求作用力、力矩和和力矩、危险截面的当量弯矩。 作用在齿轮上的圆周力：

2T321591.5103Ft8119N

d4984第 25 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

径向力

FrFtgt8119tg202955N

FF00.2521591.51032947N

270求垂直面的支反力

F1Vl2Fr204.529552088N l1l297.5204.5F2VFrF1V29552088867N

计算垂直弯矩

MavF2vl2867204.5103180.8N.m

'MavF1vl1208897.5103203.5N.m

求水平面的支承力

F1Hl2Ft204.581191038N l1l2302F2HFtF1H571437551959N

计算、绘制水平面弯矩图

MaHF1Hl1375584.5103317N.m

'MaHF2Hl21959162103317N.m

求F在支点产生的反力

F1FFl324971161158N l1l2302F2FF1FF115829474105N

求F力产生的弯矩图

M2FFl32947116103341N MmFF1Fl1115897.5103100.1N

F在a处产生的弯矩

MmFF1Fl1115897.5103100.1N

第 26 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

求合成弯矩图

22考虑最不利的情况，把MmF与MavMaH直接相加

22MamMmFMavMaH100.1180.82476.32628N.m

求危险截面当量弯矩

从图可见，m-m处截面最危险，其当量弯矩为：（取折合系数0.6）

2MeMam(T3)26282(0.61591)21142N.m

计算危险截面处轴的直径

因为材料选择45调质，查《机械设计》225页表14-1得B650MPa，查《机械设计》231页表14-3得许用弯曲应力1b60MPa，则

3Me14210d3357.5mm

0.11b0.160#考虑到键槽的影响，取d1.0557.560.3mm 因为d580mmd，所以该轴是安全的。 （4）轴承寿命校核

106Cft轴承寿命可由式Lh由于轴承主要承受径向载荷的作用，所以PFr，()h进行校核，

60nPfP查《机械设计》259页表16-9，10取ft1,fp1.2,取3 按最不利考虑，则有：PFr2F12208825738211587264N vF1HF1F106Cft106166.01033则Lh()h()64.8y，

60n3PfP6019.11.27264该轴承寿命为64.8年，所以轴上的轴承是适合要求的。 （5）弯矩及轴的受力分析如图2-5

第 27 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

图2-4

（6）键的设计与校核

因为d1=63装联轴器查《机械设计》153页表10-9选键为bh:1811 查《机械设计》155页表10-10得[σb]=100～120

因为L1=107初选键长为100

4T41637.5103校核115Mpabdlh631001811所以所选键为:bhl:1811100

d680装齿轮查《机械设计》153页表10-9选键为bh:2214查《机械设计》155页表10-10

得

[σb]=100～120

4T41665.2103因为L6=122初选键长为100，校核76.2Mpab

dlh801002214所以所选键为:bhl:2214100.

2.8 高速轴大齿轮的设计

因da347.5500mm采用腹板式结构。

第 28 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

表2-5

代号 轮毂处直径D1 轮毂轴向长度L 倒角尺寸n 齿根圆处的厚度0 腹板最大直径D1 板孔直径d0 腹板厚度c 结构尺寸和计算公式 结果 1.6ds1.645 72 84 1 10 321.25 62.5 25.2 LB n0.5mn 0(2.5~4)mn D1df20 d00.25(D1d1) c0.3b齿宽 表2-6 电动机带轮的设计

代号 结构尺寸和计算公式 手册157页 结果 ds dh 38 68.4 取60 81 74.7 10 15 5 dh(1.8~2)ds1.838 L(1.5~2)ds1.538 drda2(H)12522281mm d0dhdr 2L dr d0 s s1 s2 s(0.2~0.3)B0.250 s11.5s1.510 s20.5s0.510 2.9 联轴器的选择

计算联轴器所需的转矩： TCKAT 查《机械设计》269表17-1 取KA1.5 TCKAT1.51775.62663.4Nm 查手册94页表8-7选用型号为HL6的弹性柱销联轴器。

2.10 润滑方式的确定

因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于（1.5～2）×10mmr/min，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度。

5

2.11其他附件

第 29 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

油塞：采用六角油塞及封油片，M10

其他有关数据见装配图的明细表和手册中的有关数据。

3 减速器的三维实体建模

第 30 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

3.1三维建模原理

SolidWorks提供两种建模技术，一个是基于设计过程的建模技术，就是自顶向下建模；另一个就是根据实际应用情况，一般三维CAD开始于详细设计阶段的，其建模技术就是自底向上建模。 3.1.1 自顶向下建模

自定向下建模是符合一般设计思路的建模设计，在网络技术日益发展的今天，使用这种方式建模逐渐趋于成熟。它是一种在装配环境下进行零件设计的，可以利用“转换实体引用”工具按钮，将已经生成的零件的边、环、面、外部草图曲线、外部草图轮廓、一组边线或者一组外部草图曲线等投影到草图基准面中，在草图上生成一个或多个实体，这样可以避免单独进行零件设计可能造成的尺寸等方面的冲突。

根据产品研究开发的三个阶段，SolidWorks软件提供了两种建模技术。

一个是基于设计过程的建模技术，这是一个比较彻底的自顶向下建模的方法，首先在装配环境下绘制一个描述各个零件轮廓和位置关系的装配草图，然后在这个装配环境下进入零件编辑状态，绘制草图轮廓，草图轮廓要同装配草图尺寸一致，利用“转换实体引用”操作，这样这个零件草图同装配草图形成父子关系，改变装配草图，就会改变零件的尺寸，在装配环境下，其过程为：装配草图→零件草图→零件→装配体。

另一个比较实用的自顶向下的建模方式，在实际应用中也比较多，首先选择一些在装配体中关联关系较少的零件，建立零件草图，生成零件模型，然后在装配环境下，插入这些零件，并设置它们之间的装配关系，参照这些已有的零件尺寸，生成新的零件模型，完成装配体。这样也可以避免零件间的冲突。在装配环境下，其过程为：零件草图→零件（部分）→装配（部分）→生成新零件草图→生成新零件→装配（完整）。 3.1.2 自底向上建模

在详细设计阶段，SolidWorks以零件为基础进行建模，这就是自底向上建模技术，也就是建立零件，再装配。SolidWorks的参数化功能，可以根据情况随时改变零件的尺寸，而且其零件、装配体和工程图之间相互关联的，可以在其中任何一个模块进行尺寸的修改，所有的模块的尺寸都会改变，这样可以大大减少设计人员的工作量。在建立模型后，可以在装配环境下直接装配，生成装配体；然后单击“干涉检查”进行检查，若有干涉，可以直接在装配环境下编辑零件，完成设计。自底向上建模技术的过程如下：零件草图→零件→装配体。本设计就是采用自底向上建模。

3.2零件模型的建立

3.2.1 典型零件建模过程分析

（1）本设计中，共用到了三根轴，分别为输入轴，传动轴和输出轴。选择一个基准平面绘制草

第 31 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

图，根据需要对它进行拉抻，经多次拉抻之后，再对它进行开键槽，倒角等工序即可完成。图3-1为输入轴，图3-2为传动轴，图3-3为输出轴。

图3-1

图3-2

图3-3

（2）齿轮的画法。在右上角设计库中选择“Toolbox”，如图3-4选择齿轮，右键点击“生成零件”，在左边属性框中输入数据，如图3-5，输入完毕后齿轮导出，再进行特征修改，结果就如图3-6。

第 32 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

图3-4 图3-5 图3-6

（3）轴承、螺栓、螺母。这些都是标准件，都可以在Toolbox中导出。

（4）挡油环。经过两次简单的拉伸后，做一个锯齿一样的草图，如图3-7，并旋转切除。

图3-7

（5）机箱和机座。它们只要按照尺寸多进行几次拉伸切除即可得到。最终结果如图3-8、图3-9。

第 33 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

图3-8

图3-9

3.2.2 小结

SolidWorks采用了非全约束特征造型，曲面构建和生成以及参数化等设计思想和建模方法。特征是SolidWorks最重要建模方法。它来源于制造工程应用，是组成零件实体模型的基本元素，一种特征就对应了一种监工方法，它体现了产品的功能要素和工程含义，是描述产品信息的集合，应用特征造型技术，使得三维建模模型的建立如同绘制直线、矩形等草图一样方便快捷。而且它还在设计与制造中间建立了一条共同的信息规范，架起了一座交流的桥梁。从而实现了设计与制造的共享。特征类型、参数和建立时序三种共同决定了产品最终形态。应用特征建模可以轻松的将设计意图融合到产品模型中去，以供设计者随时调整，还减少了设计者设计时的随意性，消除了设计结果与制造之间的冲突。

SolidWorks引入了参数化设计思想，大大提高了设计灵活性，根据参数化设计原理，绘图时设计者可以暂时舍弃大多数繁琐的设计限制，只需要抓住图像的某一典型特点绘出图像，然后通过向图像添加适当的约束条件规范其形状，最后修改图像的尺寸数值，经过系统再生成后即可获得理想的图像，这就是重要的“尺寸驱动”理论。在三维模型设计中，参数化设计的最重要体现就是模型的强大修改功能。SolidWorks提供了强大的修改工具和重定义工具，通过这些工具，可以轻松修改模型的参数，变更设计意图，变更模型形状。在模型修改时，以特征作为修改的基本单位。首先选

第 34 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

取不合理的结构所在的特征，使用特征重定义工具可以修改模型截面、模型属性等特殊参数；而模型上的大部分参数的修改都可以通过直接用特制修改工具来实现。在参数化设计中，特征中的一个参数为设计修改提供了入口，提供了特征修改以跳途径，是模型现状的一个控制因素。

根据特征建模的思想，一个三维实体模型就是由数量众多的特征以“搭积木”的方式组织起来的。因此，特征是模型结构和操作的基本单位，模型创建过程也就是按照一定顺序依次向模型中添加各类特种的过程，因此，在应用SolidWorks进行建模时，应先进行仔细的规划，利用系统提供的丰富的设计方法，综合考虑各种因素，将设计意图加到模型中，使得图形区域中生成一个特征的过程，和实际进行机械加工的过程相似，以尽量满足加工的要求，这样生成的零件特征才具有广泛的适应性。但是，对于同一个零件模型，不同的设计者考虑问题的角度不同，进行设计的方法就不同，因而形成了不同的建模方法。

模型的完整性要求主要考虑以下两个方面：草图的完整性和特征的完整性。早模型初期，二维工程图中出现的尺寸，应当添加到草图上，未来优化设计中可能需要调整的尺寸也必须添加到草图上。能够确定下来的几何关系，如草图中线型之间的相切、平行、等半径等几何关系约束也应当充分而完整的添加上去。可以将肯定不需要改变的尺寸约束省略，而几何约束必须保证齐全正确。总之，并不是说草图已被完全约束就是说明轮廓的约束就是完整准确了，判断的标准是在未来设计中的可用性。在约束尺寸值得确定上，应使用运算表达式与其他的尺寸关联，将设计师头脑中的设计意图准确的表达出来。如果目前不需要，而且轮廓是精确的做图生成的，可以省略一些尺寸约束。对于集合关系的约束，则应当力求完整添加，以便发现原来构思中的漏洞。

在创建三维参数化零件模型中，简化某些特征可以提高效率，减少图形文件的体积。但是某些特征是否可以被简化，与将来模型的应用需求是直接关联的。即如果是为了得到完整的二维工程图，所有特征都必须完整做出；如果是为了有限元分析，原则上将所有特征必须完整做出，但是对于小尺寸的结构特征可以省略；如果是为了运动学和动力学的分析，某些细节特征（如较小的圆角、倒角等）可以省略等等。

3.3 虚拟装配

3.3.1 虚拟装配的意义

虚拟装配是新兴的虚拟产品开发研究的重要内容。采用虚拟装配技术可在设计阶段验证零件之间的配合和可装配性，保证设计的正确性。随着社会的发展，虚拟制造成为制造业发展的重要方向之一，而虚拟装配技术作为虚拟制造的核心技术之一也越来越引人注目。虚拟装配的实现有助于对产品零部件进行虚拟分析和虚拟设计，有助于解决零部件从设计到生产出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本及优化产品性能等目的。虚拟装配可帮助产品摆脱对于试制物理样

第 35 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

机并装配物理样机的过度依赖，有效地提高产品装配建模的质量与速度，有助于降低产品开发成本，缩短产品开发周期。 3.3.2 装配过程

装配顺序按照：先导入机座，然后主动轴、高速级小齿轮，中间轴、高速级大齿轮、低速级小齿轮，从动轴、低速级大齿轮，挡油环，轴承，调整垫片，轴承端盖，机盖，螺栓、螺钉、螺母、销等。

（1）启动SolidWorks2008，选择新建装配体，点击“要插入的零件/装配体”下的“浏览”，选择“机座”插入图形区，第一个被插入的零件会被固定住。

（2）在左上角“装配”中选择“插入零部件”，插入“高速轴”。点击左上角“装配”中的“配合”，选择图3-10中两条边线，选择同轴心。

图3-10

（3）插入“高速级小齿轮”和“高速轴键”。配合中，选择图2-11中两个面，选择重合，并反向对齐。选择图3-12中两面，重合，反向对齐。选择图3-13两面，同轴心。将齿轮与轴同轴心。键表面和齿轮键槽表面重合。图3-14两面重合。

图3-11 图3-12 图3-13

第 36 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

图3-14

（4）插入高速轴挡油环1，高速轴轴承，将它们与轴同轴心。图3-15中两面重合，图3-16中两面重合。

图3-15 图3-16

（5）插入高速轴调整垫片、高速轴轴承端盖1。将它们与轴同轴心。如图3-17中，调整垫圈一面与机座那面重合。将轴承盖面向机座的那面与调整垫圈表面重合。如图3-18，轴承端盖底端和轴承表面重合。

图3-17 图3-18 （6）中间轴、从动轴与高速轴装配相似，装配过程略。

（7）插入机盖，选择如图3-19里两个面，重合并反向对齐。选择机盖和机座上的两对对应的孔进行同轴，就可以将机盖固定下来。

第 37 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

图3-19

（8）视孔盖配合。

（9）各个螺栓、螺钉、销、键的配合。 (10)最终配合完毕如图3-20。

图3-20

3.4 干涉分析

点击“评估”中的“干涉检查”，然后“计算”。如图3-21一共有23处干涉。干涉1到5是齿轮之间的干涉，是由于齿没有啮合好。如图3-22，只要旋转齿轮，使齿与齿之间正好啮合，没有重叠。在机械配合中，选择齿轮配合将齿轮按照传动比配合起来。

第 38 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

图3-21 图3-22

干涉6和7选择忽略，这是由于系统产生的误差，而且误差很小，在实际中并不影响。 干涉8至11产生的干涉数值一样，如图3-23，干涉8至11是螺栓螺纹部分和螺母螺纹部分的干涉，在实际中是可以旋紧了。如图3-24，干涉12至23原因同干涉8至11。全部选择忽略。

图3-23 图3-24

3.5 物理模拟及动画制作

选择左下角“模型”旁的“运动算例1”。选择“物理模拟”（默认是“装配体运动”，再选择时间线上的“马达”。选择主动轴，主动轴的转速为940r/min，所以选择“等速”并输入940RPM。选择绿色三角“播放”。

点击“配合”中的“爆炸视图”。选择零部件然后拖动操纵杆控标来生成一爆炸步骤。在“运动

第 39 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

算例1”中选择“动画向导”中的“爆炸”，按照向导提示操作。

最后按“保存动画”将动画保存为AVI或其他格式。

3.6 导出工程图

在“文件”中选择“从装配体到工程图”，然后把装配体按照合适的视图方向放到图纸相

应的地方。标注后保存，可以保存为DWG。这样就可以在AUTOCAD中打开。由3D实体导出的图准确，细节方面能得到保障，且非常简单。最后装配图如图3-25。

图3-25

第 40 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

4 全文总结与展望

减速器的设计是比较复杂的过程，本文按照减速器的设计规范，分析建树其的构成及其各零部件的功能，确定了主要的结构设计参数。减速器各部件的零件结构及尺寸再依据这些主要的结构参数设计。本文通过使用SolidWorks软件对整个减速器的零件进行实体造型、装配、干涉分析、运动仿真，验证了虚拟制造在设计中的优越性和可行性。

总结论文的研究工作，主要有如下结论：

（1）对齿轮减速器的组成和各个零件的机构进行了设计和分析。

（2）在SolidWorks的环境下构造零件的实体模型。在设计的过程中充分的利用了SolidWorks的命令和各个功能。

（3）完成了减速器的虚拟装配和模拟仿真。简述装配过程，分析模拟仿真。 （4）对装配成的减速器进行干涉分析，调试分析，直到通过检测。

（5）生成零件或部件和整体的工程图。实体生成图纸与传统的绘图方式相比有很大的优势，它过程简单，耗时少，省财力物力。

在本次设计的过程中，由于没有实际的工作经验，紧紧是参照资料进行设计，所以在设计的过程中可能存在着设计不规范或合理的地方，有待修正。

第 41 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

谢辞

大学四年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母亲人们，我的老师和同学们、表达我由衷的谢意。感谢我的母校上海海洋大学给了我在大学的本科四年深造机会，让我能继续学习和提高。上海海洋大学四季如歌的校园，美丽如诗的风景都深深的留在了我的记忆里。四年珍贵的学习期间，让我的知识体系更加完善，思想观念更加成熟，整体素质得到了极大的锻炼。“勤朴忠实”的校训我将铭记于心，在未来的学习和工作中躬身践行。感谢我的父母亲人们对我大学四年学习的默默支持，使我能顺利完成本科学业。四年在外求学历程，父母之恩，亲人之情一直相伴左右。不管我走过远，无论我在干啥，永远离不开他们的牵挂。朴实的亲情，没齿难忘。感谢工程学院的老师和同学们四年来的关心和鼓励，让我的四年自信而充实。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的四年充满了感动。同时，本篇毕业论文受李光霞老师多次精心指导，谨此致谢，祝好！桃李不言，下自成蹊。

第 42 页 共43页

上海海洋大学2008届毕业设计论文 基于SolidWorks的双级圆柱齿轮减速器机械实体造型设计

参考文献

[1]濮良贵，纪名刚.机械设计.高等教育出版社，2005.

[2]程乃士.减速器和变速器设计与选用手册.机械工业出版社，2007. [3]康鹏工作室.SolidWorks2006三维建模实例教程.清华大学出版社，2006.

[4] 胡钢.三维机械设计软件SolidWorks在工程设计中的应用.电脑开发与应用，2002(3):31-32. [5] 沈琛林，陈定方.基于SolidWorks的减速器设计及虚拟装配.湖北工业大学学报，2007(4):56-58. [6] 王煦伟.圆柱齿轮减速器的优化设计.天津职业院校联合学报，2008(2):8-10. [7]潘沛霖，陈秀，严国良.机械设计课程设计图册.高等教育出版社，2006.

[8] 蔡慧林，戴建强，席晨飞.基于SolidWorks的应力分析和运动仿真的研究.机械设计与制造，2008(1)92-94. [9] 陈秀宁，施高义.机械设计课程设计.浙江大学出版社，2004.

第 43 页 共43页