二级斜齿圆柱齿轮减速器测绘及实体建模

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第1章 绪论

1.1 减速器的类型

减速器是位于原动机和工作机的封闭式机械传动装置。一般是由封闭在箱体内的齿轮或蜗杆传动或齿轮-蜗杆传动所组成，主要用来降低转速、增大转矩或改变运动方向。

由于其传动运动准确可靠、结构紧凑，效率高，寿命长，维修方便，得到广泛的应用。减速器的类型很多，可以满足不同机器的不同要求。

按传动类型的不同可分为圆柱齿轮、圆锥齿轮、齿轮蜗杆减速器等；按传动级数的不同分为单级、二级、多级减速器；按传动布置方式不同可分为展开式、同轴式和分流式减速器；按传动功率大小不同可分为小型、中型和大型减速器。

1.2 减速器的特点

齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是：

① 瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力。

② 适用的功率和速度范围广。 ③ 传动效率高，η=0.92-0.98。 ④ 工作可靠、使用寿命长。 ⑤ 外轮廓尺寸小、结构紧凑。

1.3 减速器的基本原理

由电机的输出转速从主动轴输入后，带动小齿轮转动，而小齿轮带动大齿轮运动，而大齿轮的齿数比小齿轮多且转速慢，再由大齿轮的轴（输出轴）输出。

从而起到输出减速的作用，用于降低速度、增大扭矩的传动装置,被广泛应用于各类机械中,在机械制造业中有着举足轻重的地位。

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1.4 减速器的发展

国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。

另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主。

在21世纪成套机械装备中,齿轮仍然是机械传动的基本部件。也推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动,将成为变速箱设计中优化传动组合的方向，将成为新型传动产品发展的重要趋势。

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第2章 减速器的拆卸及测绘

2.1 减速器的拆卸顺序

减速器的拆卸首先要了解他们的基本结构，其基本结构是由传动零件（如齿轮、蜗轮蜗杆），连接零件（如螺栓、键、销），支撑零件（如箱体、箱盖）及润滑和密封装置组成。

减速器的箱体、箱盖是由几个螺栓连接，先拆下螺栓将箱盖拿走，里边所有的包容零件便展现出来。在从外到里拆卸两根轴及轴系零件便可完成拆卸。装配时把拆卸顺序倒过来即可。

2.2 减速器的测绘

减速器是由各种零件组成：如上下箱体、输入轴、中间轴、输出轴、一级齿轮副、二级齿轮副、轴承、螺栓、螺母、端盖、纸垫、油封、隔套、甩油环、平键，下箱体的放油孔，以及和大气平衡的气孔等。

由于所有零件都要进行实体测会，准备各种测量仪器，减速器的组成部件有多种是标准件只需用游标卡尺测出大概尺寸，根据国标查机械手册即可得到标准件的实际

尺寸并绘制实体模型。

其非标准件可通过用薄纸压痕法并配合测量工具测出尺寸，在通过各种数学公式、查表和查图获得实际尺寸，最后绘制实体模型。如：上箱体、下箱体、轴、齿轮、端盖等非规则实体。

2.3 典型零件的测绘

2.3.1 上箱盖的测绘

（1）上箱盖是减速器的一个重要部分，它的作用是与下箱体结合用来支撑和固定零件并和下箱体共同包容轴系零件支撑孔内加工有密封沟槽，与密封件配合起到密封作用。

箱体是上下式结构，箱体的结合面处是由上下箱体在相同的位置上均匀布置着相同的螺栓孔和销孔与之连接定位。箱壁上加工有对称的轴承孔，轴承孔里有

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密封沟槽。

上箱盖上设有窥视孔。窥视孔用于检查齿轮传动的啮合情况润滑状态等，机油也由此注入。

首先测量上箱体的凸缘部分，用游标卡尺测凸缘底部的长度、宽度、两圆弧与直线相切出的高度、凸缘上斜线的长度。测量两圆的半径时我们用拓印法即用白纸卡在圆弧上印出圆弧痕迹再在圆弧画两条弦线分别画两条弦线的中垂线两条中垂线的交点就是圆心，然后从圆心到圆弧上任意一点的距离就是半径。为了获得较高的精度我们进行多次测量并取其平均数。在测量过程圆弧过程中均用此方法。

（2）箱体草图的画法

由于箱盖内外结构都比较复杂，因而表达方法也较复杂通常箱盖零件图应选择三个基本视图，主视图的选择应按照齿轮减速工作位置放置，选择外形特征较明显的一面作为投影方向。为表达箱体的内部情况同时有保留外形，故采用几个局部剖视图。

俯视图表达箱盖顶部和窥视孔外部形状，以及上箱盖凸缘上的螺纹孔和销孔的分布情况。

左视图采用沿主动轴孔轴线、箱体内腔、从动轴孔轴线几个不同位置剖切的阶梯剖视，未能表达清楚的内外细部结构可分别采用较小的局部视图来表达，如窥视孔、销钉等，画图时，零件的一些工艺结构，如铸造圆角、拔模斜度、倒角等都要表达清楚。

上箱盖两轴孔中心距尺寸精度要求较高，其尺寸误差直接影响齿轮传动精度和工作性能，采用游标卡尺测量各径向尺寸应与相配合零件的尺寸一致。根据测得的尺寸绘制出二维草图并标注尺寸如下表2.1所示。

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表2.1

实测尺寸 取整尺寸 凸缘的大圆半径 139.6 140 凸缘的斜面长度 219.3 220 凸缘的宽度 150.9 151 凸缘的长度 464.4 464 大圆与斜面相切的高度 134.1 134 小圆与斜面相切的高度 100.8 101 凸缘上大的吊耳的高 72.5 72 凸缘的吊耳的厚 28.1 28 凸缘上大的吊耳的角度 100 100 凸缘的大吊耳上圆的直径 59.3 60 大吊耳上圆心距底板一侧的距离 26.4 26 大吊耳上圆距底板的距离 99.3 99 小吊耳上圆心距底板一侧的距离 76.5 76 小吊耳上圆距底板的距离 34.2 34 吊耳倒圆角的半径 30.6 30 凸缘上窥视孔的长 98.3 98 凸缘上窥视孔的宽 89.2 90 窥视孔斜板的厚 4.3 4 窥视孔斜板的长 220.5 220 窥视孔斜板的拔模角度 29.3 30 窥视孔斜板的宽度 130.6 131 箱盖的底板长 543.7 544 箱盖的底板宽 233.4 233 箱盖底板上大圆的直径 13.5 13 箱盖底板上小圆的直径 7.8 8 箱盖底板上的圆角半径 29.8 30

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后选择上一步矩形实体与凸缘同侧的一面，单击（）完成草绘。如下图4-6。

（3）重复拉伸特征，选择轴肩的外侧面进入草绘，绘制出需要挖切得三个圆单击（）完成草绘。选择实体拉伸类型（伸如下图4-6。

（4）再在凸缘的两测绘制一矩形拉伸长度小于轴肩1mm。如下图4.3 （5）再对矩形的两侧倒圆角。

）切除按钮（）后确定完成拉

图4.3 4.窥视孔的绘制：

（1）使用拉伸特征以凸缘的斜面为参考进入拉伸草绘界面草绘根据尺寸出窥视孔的形状后单击（）完成草绘输入拉伸深度4mm。

（2）重复拉伸特征，以上一部拉伸实体的上表面为参照进入草绘，根据测得的尺寸找到相应的位置绘制一矩形后在绘制直径为6.8mm的一个圆单击（）完成草绘后选（）向内槽方向挖切，拉伸长度大于壁厚。单击（）完成拉伸。

（3）绘制窥视孔上的螺纹孔。单击（

）按钮按住Ctrl键选择孔的中心

线和TOP平面，创建出一个新的平面。从工具里选择螺旋扫描（切口），选择新

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建的平面-正向-缺省进入草绘界面绘制一条直线和一条中心线，单击（）完成。 输入节距为1.25。后绘制一等腰三角形界面高为1.3倍的螺距。单击（），单击确定完成螺纹的绘制。

（4）见第二步中的圆孔和第三步中的螺纹合并组，单击（

）选择方向阵

列按住Ctrl键选两个垂直的面孔与孔之间的距离。单击（）完成阵列。图4.4。

图4.4 5.创建吊耳：

（1）选择TOP平面进入拉伸草绘界面根据尺寸分别绘制出两吊耳的形状后拉伸28的距离。单击（）完成拉伸。 6.倒角，倒圆角，孔的画法

（1）以箱盖的底边为参考进入拉伸草绘界面根据测的尺寸绘出十一个直径为13的圆和直径为8的两个圆，拉伸长度要穿透所经过的实体。

（2）轴肩两侧的孔以其中一侧面为参照草绘出六个孔，拉伸距离要过另一侧单击（）完成拉伸。

（3）根据减速器的实体用倒圆角指令对需要倒圆角的地方进行倒圆角。 减速器的箱盖已绘制完成。下图4.5为绘制实体图形。

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图4.5

4.1.2 斜齿轮三维视图的画法

（1）启动Pro/E,执行“文件”/“工作目录”命令，在打开的“选取工作目录”对话框中选择系统的工作目录。

（2）单击“新建文件”按钮（），新建名为“xiechilun.prt”的零件文件，并采用mmns-part-solid模板。

（3）设置参数。执行“工具”/“参数”命令，再打开的“参数”对话框中设置如下参数；M=2，Z=85，ALPHA=20,BETA=9,HAX=1，CX=0.25,X=0,B=40。

（4）添加关系。执行“工具”/“关系”命令，在打开的“关系”对话框中添加如下关系式：

HA=(HAX+X)*M HF=(HAX+CX-X)*M D=M*Z/COS(BETA) DA=D+2*HA DB=D*COS(ALPHA)

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DF=D-2*HF

单击“确定”按钮完成添加关系。

（5）单击工具栏中的“基准坐标系”按钮（

），在打开的基准坐标系对

话框中，选择“原始”选项，激活参照并选择基准坐标系PRT-CSYS-DEF为参照。单击“确定”完成基准坐标系。

（6）单击工具栏中的草绘按钮（

），在打开的草绘对话框选择FRONT平面

为参照平面，单击“草绘”进入草绘界面并绘制四个同心圆。

执行“工具”/“关系”命令，在打开的“关系”对话框中添加如下关系式。 Sd0=da Sd1=d Sd2=df Sd3=db

单击“确定”完成添加关系。单击（）完成草绘。 （7）单击工具栏中的“插入基准曲线”按钮（

），在打开的菜单管理器中，

曲线选项选择“从方程”，单击完成，得到坐标系选项中“选取”基准坐标系CSO，并在设置坐标系类型选项中选择“笛卡尔。设置”坐标系类型后，在打开的记事本里输入如下关系式：

r=DB/2 theta=t*45=

x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180 y= r*sin(theta)- r*cos(theta)*theta*pi/180 z=0

保存后关闭记事本窗口，单击“确定”完成基准曲线创建。

（8）单击工具栏中的“基准点”按钮（），在打开的基准点对话框中，选择“放置”选项，激活参照框并选择基准曲线和分度圆作为参考，单击“确定”完成基准坐点PNTO的创建。

（9）单击工具栏中的“基准轴”按钮（），在打开的“基准轴”对话框中，选择“放置”选项激活参照框并选择TOP面和RIGHT面为穿过参考，单击确定完

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成基准轴A-1的建立。

（10）单击工具栏中的“基准平面”按钮（

），在打开的“基准轴”对话

框中选择“放置”选项，激活参照框并选择基准点PNTO和基准轴A-1为穿过参考单击“确定”完成基准平面DTM1的创建。

（11）重复基准平面的创建，在打开的“基准平面”对话框中选择“放置”选项，激活参照框并选择基准轴A-1为穿过参考，DTM1面为旋转偏移参考，偏移角度为90/Z，单击确定完成基准平面DTM4的创建。

（12）在模型树上选择第（7）步创建的基准曲线，单击工具栏的“镜像”按钮（面，单击

）打开镜像工具操控板，激活镜像平面收集器并选择DTM2面为镜像平完成镜像基准曲线。

（13）执行“编辑”/“特征操作”命令，弹出菜单管理器。特征选择“复制”命令，单击完成；复制特征选择“移动”，“选取”，“独立”，单击完成；选取特征选择第（7）步插入的基准曲线，单击完成；选取方向选择“坐标系”并选取基准坐标系CSO为参考，方向为反向，在信息栏弹出的“输入偏距距离”框中输入偏距B,单击

完成。

在菜单管理器中的移动特征选择“旋转”，选取方向选择“坐标系”并选取基准坐标系CSO为参照，方向为正向。在信息栏弹出的“输入旋转角度BETA”单击

完成。

单击“完成移动”完成复制渐开线曲线操作。

（14）重复第（13）步特征操作命令，复制第（12）步创建的镜像曲线。 （15）选择FRONT为参考平面，RIGHT为参照平面进入拉伸草绘界面，单击“通过边创建图元”按钮（），并以分度圆曲线为参照绘制曲线，单击草绘。

在拉伸特征操控板上单击“曲面拉伸”按钮（入拉伸深度B，单击

完成。

），指定拉伸类型为

并输完成

（16）单击工具栏中的“拉伸特征”，打开拉伸特征操控板，选择“位置”“定义”命令选择FRONT为草绘平面，RIGHT为参考平面。进入草绘界面。单击以齿顶圆曲线为参考绘制曲线。在拉伸特征操控板上单击“曲面拉伸”按钮

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（

），指定拉伸类型为

并输入拉伸深度B，单击

完成。

（17）执行“编辑”/“投影”命令，打开投影操控板，选择“参照”命令在打开的参照对话框中，选择“投影草绘”。单击“定义”命令，在打开的对话框中选择TOP面为参考，RIGHT面为参照面。单击“草绘”进入草绘界面并绘制一些直线。

执行“工具”/“关系”命令。输入：sd1=beta 单击“确定”完成添加关系。

激活曲面框并选择第（15）创建的曲面为参考，激活方向参照框并选择TOP面为参照单击

完成。

（19）执行“插入”/“扫描混合”命令，打开扫描混合操控板。选择“参照”选项，激活轨迹框并选择第（18）步创建的投影曲线。

剖面控制选择“恒定法向”激活方向参照框并选择基准轴A-1为参照，选择“剖面”选项，激活剖面位置框并选择草绘轨迹的起点为剖面1的位置。单击“草绘”进入草绘界面，绘制齿轮槽的形状。完成草绘。

单击“插入”，插入剖面2，激活剖面位置框选择草绘轨迹终点。后进入草绘界面绘制齿轮槽的形状单击

完成。

完成。

在草绘操控板上单击创建曲面按钮（），单击

（20）在模型树上选择第（19）步创建的扫描混合特征。执行“编辑”/“实体化”单击（）完成实体化。

（21）按住（Ctrl）在模型树选择（19）步创建的扫描混合特征和（20）步的实体化特征，执行“编辑”/“组”命令，将两特征组合成组。

（22）选择（21）步在模型树创建的组，单击85，阵列成员的角度360/z，单击

（23）使用4.6所示。

完成阵列。

，在阵列操控板上输入齿数

命令，对齿轮进行倒角，用拉伸对齿轮轮毂进行切除。如下图

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图4.6

4.1.3 斜齿轮的强度计算

根据传动的工作状况，通常选用常用的封闭式Y（IP44）系列的电动机。由查《机械设计手册》Y系列（IP44）封闭式三相异步电动机技术数据表选用电动机型号： Y112M-4 额定功率： 4 kw 同步转速： 1500 r/min 满载转速； 1440 r/min

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由于所选电动机的基本参数可计算出减速器各轴的基本参数如下表： 轴 内容 n ?r/min? Ⅰ Ⅱ 1440 240 T ?N?mm? 26?103 159?103 825?103 iij 6.07 5.18 Ⅲ

46.3 1.低速级齿轮设计计算

（1）齿轮材料、精度等级及热处理的选择；

选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为220～250HBS；大齿轮材料为45钢（正火），硬度为170～210HBS。并设减速器的使用寿命为10年，单班工作。

（2）按齿根弯曲疲劳强度计算

确定有关系数与参数 1）转矩T1 T1=9.55×106×

P额n=26.53×103 N?mm

2）载荷系数K 查表10.11 K=1.1

3)已知：小齿轮的齿数Z=16；大齿轮的齿数Z=83，测量的螺旋角??8?。

由表10.13查得齿形系数YF3?3.03 YF4?2.23

由表10.14查得应力修正系数 YS3?1.51 YS4?1.18

4）许用弯曲应力??F?

按图10.25查?Flim 得： ?Flim3?200MPa ?Flim4?220MPa

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由表10.10查得： SF?1.3

总工作时间Lh Lh?10?52?40?20800h

应力循环次数N

N1?60njLh?60?1440?1?20800?18?108

N118?108N2???30?107

i126.07

N230?107N3???58?106

i235.18

由10.26得： YNT3?YNT4?1

由式10.14得：

??F?3?YNT3?Flim3SF

??F?4?

?1?200?154MPa 1.3YNT4?Flim41?220??169MPa

SF1.3YF3YS3??F?3?3.03?1.51?0.0297MPa?1

154YF4YS4??F?4?2.23?1.78?0.0235MPa?1

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由式（10.38）得：

mn?1.173kT2cos2?YFYS?dZ32??F?31.1?159?10??0.99??0.0297?1.173?2.982mm 21.2?162查表10.3取标准模数值mn?3mm 5）确定中心距a及螺旋角?

a?mn?Z3?Z4?3??16?83???150mm2cos?2cos8???arccosmn?Z3?Z4?3??16?83??arccos?8?6?4??

2a2?150（3）校核齿面接触疲劳强度

确定有关系数与参数

1）分度圆直径d d3?

d4?

2）齿宽系数?d

由表10.20 选取 ?d?1.2

齿宽b b??dd3?1.2?48.5?58.2mm

取b4?60mm b3?70mm

mnZ43?83??251.5mm cos?cos8?mnZ33?16??48.5mm cos?cos8?

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3）齿数比u u?i?5.18

4）许用接触应力???H

接触疲劳强度接触疲劳寿命系数 ZNT

查文献 图10.27 ZNT3=1.08 ZNT4=1.18

接触疲劳强度极限

查图10.24 得 ?Hlim3?590MPa ?Hlim4?550MPa=560Mpa

安全系数SH 查表10.10得 SH=1

由式10.13得：

???H3?ZNT3?Hlim3SH ???H4??1.08?590?637MPa 1ZNT4?Hlim41.18?550??649MPa

SH1故：取许用接触应力???H?637MPa。

（4）计算低速级齿轮的圆周速v

v?3.14?48.5?46.3?0.12m/s

60?100060?1000??d3n32007级专科毕业设计论文 第 22 页 共 24 页

结论

在这次的毕业设计的过程中，专业知识得到一次全面的复习和提高。在许多方面都得到了很好的锻炼。在此期间我不仅复习了以往学过的知识，还进一步提高了很多有关Office的基本操作，尤其是Word的很多基本操作，不但我的自学能力也得到了进一步加强，而且也培养了我严肃认真和实事求是的科学态度，这些都超出了完成毕业设计本身的意义。

由于时间关系，就没来得急进一步的对该机构进行进一步研究。另外作为对自身提出的要求，在接下来的工作过程中，还需要更多地钻研Pro/E方面的知识，使自己在这方面有更好的突破。

在测绘的过程中才知道其实有很多专业知识在课堂上学的不够扎实。测绘时想到画图容易，画图时想到测绘容易。这是好高鹜远的通病。其实很多时候很多事情，只有自己亲自动手做过了才知道他的难与易。

总而言之，通过这次毕业设计，我对自己不久未来将要从事的工作进行了一次很好的适应性的训练，从中锻炼了自己独立分析问题、解决问题的能力，也为以后从事的工作铺垫了基石。

由于本人能力、经验等各方面不足的限制，所在设计中难免有不足之处，欢迎参考、查阅者给予批评指正。

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参考文献

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致谢

毕业设计是我经过大学学习向学校、社会交出的一张总结答卷。它不仅是对大学几年所学知识的总结，也是把所学知识融会贯通运用到实践中的一次尝试，是衡量我大学学习成果的一个必要标准。

在此次毕业设计过程中，由于开始对课题题目的要求不熟悉，在设计过程中出现了诸多的错误，在论文的写作过程中，都是在冯莉老师工作繁忙的情况下，花费大量的时间和精力指导、帮助并审核。从论文的写作方向、思路、措辞到每一个数字甚至每一个标点，冯老师都不论巨细的给了我详尽的修改意见。在冯老师的辛勤指导下，我才勉力完成了这篇论文的写作和后期工作。

通过此次毕业设计，使我对以前所学的知识记得更加牢固，理解得更加透彻。同时我也学会了思考问题的全面性，只要把握住问题的重点，所有的问题都将不是问题。所有这些为我以后的学习和工作奠定了坚实的基础。

最后，向大学期间所有教过我的老师表示衷心的感谢！本次设计在冯老师的大力支持和耐心指导下，使我克服种种困难，顺利地完成了本次设计任务，在此深表感谢！

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