毕业设计论文基于ProE蜗轮蜗杆减速器设计.doc

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1、目录内容摘要1关键词11.绪论21.1蜗轮蜗杆减速器简介21.2基于Pro/ENGINEER的设计的意义22.总体方案确定32.1已知参数32.2传动装置总体设计33.原动机类型的选择和参数的计算43.1电动机的选择：43.2运动参数计算：54.蜗轮蜗杆的传动设计65.涡轮蜗杆基本尺寸设计125.1蜗杆基本尺寸设计125.1.1初步估计蜗杆轴外伸段的直径125.1.2计算转矩125.1.3 Pro/E建模蜗杆外形135.2蜗轮基本尺寸设计135.2.1蜗轮结构及基本尺寸表135.2.2 Pro/E建模涡轮外形136.蜗轮轴的尺寸设计与校核146.1 轴的直径与长度的确定146.2轴的受力分析1

2、56.3轴的校核计算177.减速器箱体的结构设计197.1箱体尺寸的计算197.2确定齿轮位置和箱体内壁线218.减速器其他零件的选择228.1键选择228.2轴承选择228.3密封圈选择238.4弹簧垫圈选择239.减速器的润滑2310.PRO/E建模减速器及分析2310.1 Pro/E建模减速器其它附件和总装2410.2 使用Pro/E进行干涉分析2711.结论30参考文献：31致谢3232内容摘要：减速器是一种常用的传动装置，目前已经广泛应用于生产的各行业中，传统的减速器设计已经不能满足企业对减速器的结构和性能要求。为了解决减速器的设计周期长，设计成本高，传动质量较低等问题，采用参数化技

3、术、优化设计技术对减速器设计。参数化设计是各种CAD软件的核心技术，在广大的设计人员中这项设计被广泛应用，并取得良好的社会效益。Pro/ENGINEER是全方位的3D产品开发软件，集成零件设计、曲面设计、工程图制作、产品装配、模具开发、NC加工、钣金设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、机构仿真等，广泛应用于航空、汽车、造船、电子模具等行业。本文利用Pro/E进行参数化设计并实体建模装配分析。设计思路：（1）通过对单级蜗杆减速器工作状况和设计要求对其结构形状进行分析，得出总体方案（2）按总体方案对各零部件的运动关系进行分析得出单级蜗杆减速器的整体结构尺寸（3）以各个系统为模块分别进行具体零部件

4、的设计校核计算，得出各零部件的具体尺寸（4）用Pro/E实体建模各个零件并形成总装配。关键词：Pro/E；模型；减速器；参数化；齿轮 1.绪论1.1蜗轮蜗杆减速器简介蜗轮蜗杆减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机械，机械工业所用的加工机械及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等。1.2基于Pro/ENGINEER的设计的意义Pro/ENGINEER是美国PTC公司推出的一套三维CAD/CAM参数化软件系统

5、，其内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图纸输出，到生产加工产品的全过程，其中还包含了大量的电缆及管道布线、模具设计与分析等实用模块，应用范围涉及汽车、机械、数控（NC）加工、电子等诸多领域。Pro/ENGINEER能快速把零件装配起来，使设计意图更加直观。能进行有限元分析，帮助设计出高质量的产品。动态仿真可快速、准确地检测零部件的干涉、物理特征，模拟使用产品的操作过程，直观显示存在问题的区域及相关的零部件，指导设计者直接、快速地修改模型，从而缩短修改时间，提高设计效率。Pro/ENGINEER所有模块都是全相关的，在产品开发过程中某一处进行的修

6、改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。2.总体方案确定2.1已知参数总传动比：I=35 Z1=1 Z2=35卷筒直径：D=350mm运输带有效拉力：F=6000N运输带速度：V=0.5m/s工作环境：三相交流电源、有粉尘、常温连续工作2.2传动装置总体设计根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为：电机连轴器减速器连轴器带式运输机。(如右图所示) 根据生产设计要求可知，该蜗杆的圆周速度V45m/s，所以该蜗杆减速器采用蜗杆下置式见，采用此布置结构，

7、由于蜗杆在蜗轮的下边，啮合处的冷却和润滑均较好。蜗轮及蜗轮轴利用平键作轴向固定。蜗杆及蜗轮轴均采用圆锥滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷的复合作用，为防止轴外伸段箱内润滑油漏失以及外界灰尘，异物侵入箱内，在轴承盖中装有密封元件。减速器的结构包括电动机、蜗轮蜗杆传动装置、蜗轮轴、箱体、滚动轴承、检查孔与定位销等附件、以及其他标准件等。结构如右图所示。3.原动机类型的选择和参数的计算3.1电动机的选择：由于该生产单位采用三相交流电源，可考虑采用Y系列三相异步电动机。三相异步电动机的结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等优点。一般电动机的额定电压为380V根据生产设计要求，该减速器卷筒直

8、径D=350mm。运输带的有效拉力F=6000N，带速V=0.5m/s，载荷平稳，常温下连续工作，工作环境多尘，电源为三相交流电，电压为380V。1、按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭扇冷式结构，电压为380V，Y系列2、传动滚筒所需功率=3.0 KW3、传动装置效率选择；蜗杆传动效率1=0.7搅油效率2=0.99滚动轴承效率（二对）3=0.98联轴器效率4=0.99传动滚筒效率5=0.96注：（参数根据参考文献：机械设计基础课程设计 王志伟 梦玲琴 主编 北京理工大学出版社出版第111页） =1233425 =0.70.990.9830.9920.96 =0.614 电动机所需功率

9、： Pd= Pw/ =3.0/0.614=4.9KW 传动滚筒工作转速： nw601000v / 35027.3r/min容量和转速，根据参考文献机械设计基础课程设计 王志伟 梦玲琴 主编 北京理工大学出版社，第118页表13-1可查得所需的电动机Y系列三相异步电动机技术数据，查出有四种适用的电动机型号，因此有四种传动比方案，如表3-1: 方案电动机型号额定功率Ped kw电动机转速 r/min额定转矩同步转速满载转速1Y132S1-25.5300029002.02Y132S-45.5150014402.23Y132M2-65.510009602.04Y160M-85.57507202.0表3

10、-1综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，可见第3方案比较适合。因此选定电动机机型号为Y132M2-6。其主要性能如表3-2：中心高H外形尺寸L（AC/2AD）HD底角安装尺寸AB地脚螺栓孔直径K轴身尺寸DE装键部位尺寸FGD132515（270/2210）315216178123880103338表3-23.2运动参数计算：1、蜗杆轴的输入功率、转速与转矩P0 = Pd=4.9kw n0=960r/minT0=9.55 P0 / n0=4.9103=48.7N .m2、蜗轮轴的输入功率、转速与转矩P1 = P001 = 4.70.990.990.70.992 =3.29

11、 kw n= = = 27.4 r/minT1= 9550 = 9550 = 1150.18Nm3、传动滚筒轴的输入功率、转速与转矩P2 = P102=3.30.990.99=3.23kwn2=27.4 r/minT2= 9550 = 9550 = 1125.18Nm运动和动力参数计算结果整理于表3-3： 类型功率P（kw）转速n（r/min）转矩T（Nm）传动比i效率蜗杆轴4.996048.7 10.674蜗轮轴3.2927.41150.18 35传动滚筒轴3.2327.41125.78表3-34.蜗轮蜗杆的传动设计蜗杆的材料采用45钢，表面硬度45HRC，蜗轮铸锡磷青铜ZcuSn10P1,

12、金属模铸造。以下设计参数与公式参考以机械设计基础 王志伟 梦玲琴 主编北京理工大学出版社出版 第6章蜗杆传动为主要依据。具体如表41： 蜗轮蜗杆的传动设计表项 目计算内容计算结果1.确定主要参数2.齿面接触疲劳强度设计按式6-14，设计公式为（1）初步确定 作用在蜗轮上的转矩按=1，初步估计=0.7 则=9.5510=9.5510350.7=1194247 Nmm=1194247 Nmm（2）确定载荷系数K因工作载荷平稳，故由表6-7取K=0.9K=0.9（3）确定材料系数由表6-8，取=155=155（4）确定许用接触应力由表6-9查的基本确定许用接触应力=220Mpa应力循环次数 N=60

13、j=6024.7153608=2.36710寿命系数 =0.89故许用接触应力=0.81220=197.2 Mpa=197.2Mpa（5）确定m及蜗杆直径=0.91194247=5737由表6-2，初选m=8,d1=100,q=12.5,此时=6400m=8d1=1003.计算传动效率（1）计算滑动速度蜗轮速度=1.22/s蜗杆导程角 =arctan=arctan=4.57滑动速度=5.02=5.02（2）计算啮合效率由表6-13查的当量摩擦角=则啮合效率=0.79=0.79（3）计算传动效率由于轴承摩擦及搅油损耗功率不大，取=0.98，故传动效率=0.77=0.77（4）校核值蜗轮上的转矩=

14、9.5510=1313672 =63116400故原选参数强度足够。=63114.确定传动的主要尺寸（1）中心距190a=190（2）蜗杆尺寸分度圆直径= =100 齿顶圆直径=+2=100+28=116 齿根圆直径=-2=100-2（1+0.2）8 =80.8导程角=轴向齿距=轮齿部分长度 =104.8取=100=116=80.8=25.133（3）蜗杆 尺寸分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径 外圆直径=296+1.58=308蜗轮轮齿宽度mm螺旋角=齿宽角 sin故=280=5.热平衡计算（1）估计散热面积A散热面积A=0.33=0.33=1.02A=1.02（2）校核油的温度取环境温度取传热

15、系数则油的温度 =故传动的散热能力合格。6.润滑设计 根据，查表6-14，采用浸油润滑，油的粘度为220/s7.弯曲强度校核按式6-16，校核公式为（1）确定齿形系数齿轮当量齿数 利用插值法从表6-11中查得=2.45=2.45（2）确定螺旋角系数=1-=1-/=0.966=0.966(3)确定许用弯曲应力寿命系数由表6-12查的基本许用应力=73MPa 故许用接触应力=0.7073=51.1MPa=51.1MPa（4）弯曲强度校核=19.3MPa=51.1MPa故满足弯曲强度要求。=19.3Mpa表415.涡轮蜗杆基本尺寸设计5.1蜗杆基本尺寸设计 根据电动机的功率P=4.9kw，满载转速为

16、960r/min，电动机轴径，轴伸长E=805.1.1初步估计蜗杆轴外伸段的直径d=30-385.1.2计算转矩=KT=K9550=1.595504.9/960=73.117 N.M（注：和d根据参考文献机械设计基础课程设计 王志伟 梦玲琴 主编 北京理工大学出版社出版第155页表14-47可查得。）所以，选用HL3号弹性柱销联轴器（3882）。(1)由联轴器可确定蜗杆轴外伸端直径为38mm长度为80mm。(2)根据参考文献机械设计基础课程设计 王志伟 梦玲琴 主编 北京理工大学出版社出版第155页表14-35可查得普通平键GB/T10961979A型键(108)，蜗杆轴上的键槽宽mm，槽深为

17、mm，联轴器上槽深，键槽长L=70mm。根据参考文献机械设计基础课程设计王志伟 梦玲琴 主编 北京理工大学出版社出版189页选择蜗杆上轴承为圆锥滚子轴承30211。第201页选择挡油盘，密封圈等组合件。5.1.3 Pro/E建模蜗杆外形 如图 5-1 图5-15.2蜗轮基本尺寸设计5.2.1蜗轮结构及基本尺寸表 蜗轮采用螺栓连接式，其齿圈与轮芯用铰制空螺栓连接，便于拆卸,轮芯选用灰铸铁 HT200，轮缘选用铸锡青铜ZcuSn10P1 （mm）蜗轮结构及基本尺寸如下表 5-1 单位（mm）280296260.830887表 5-15.2.2 Pro/E建模涡轮外形 如图5-2 图5-26.蜗轮轴

18、的尺寸设计与校核6.1 轴的直径与长度的确定蜗轮轴的材料为45钢并调质，且蜗轮轴上装有滚动轴承，蜗轮，轴套，密封圈、键等1、初步估算轴的最小直径（与联轴器连接部分的直径） mm又因轴上有键槽所以增大5%，则=70mm所以蜗轮轴与传动滚筒之间选用HL5弹性柱销联轴器70142，2、根据参考文献机械设计基础课程设计 王志伟 梦玲琴 主编 北京理工大学出版社出版第155页查得：与联轴器连接键为普通平键GB/T10961979A型键2012；与涡轮连接键为普通平键GB/T10961979A型键2214；联轴器上键槽深度，蜗轮轴键槽深度 3、轴的详细尺寸如下图 6-1注：图中尺寸单位为mm75mm为轴与

19、轴承配合直径 85mm为轴与蜗轮配合尺寸图6-16.2轴的受力分析轴的受力分析图 图6-2 X-Y平面受力分析 图6-3X-Z平面受力图： 图6-4水平面弯矩 94089.335665070.570.5120720000图6-5 垂直面弯矩408589.8图6-6 合成弯矩 419283.2 720000 542351.2 图6-7当量弯矩T T=1194247Nmm图6-86.3轴的校核计算轴材料为45钢， 计算项目计算内容计算结果转矩圆周力=31846.6N=31846.6N径向力=2547.5N=2547.5N轴向力=31846.6tan 20Fr =11591.2N计算支承反力=133

20、4.6N=1334.6N=10948N=10948N垂直面反力=5795.6N水平面X-Y受力图图6-3垂直面X-Z受力图6-4画轴的弯矩图水平面X-Y弯矩图 图6-5垂直面X-Z弯矩图 图6-6合成弯矩图6-7轴受转矩T=1194247NmmT=1194247Nmm许用应力值应力校正系数aa=a=0.59当量弯矩图当量弯矩蜗轮段轴中间截面=889177.4Nmm轴承段轴中间截面处=819933Nmm889177.4Nmm=819933Nmm当量弯矩图图6-8轴径校核验算结果在设计范围之内，设计合格Pro/E建模轴如图 6-9 图6-97.减速器箱体的结构设计 7.1箱体尺寸的计算 根据参考文

21、献机械设计基础课程设计 王志伟 梦玲琴 主编 北京理工大学出版社出版第三章第30页具体见表7-1箱体的结构尺寸设计内容计 算 公 式计算结果箱座壁厚度=12mma为蜗轮蜗杆中心距取=12mm箱盖壁厚度1=0.8512=10mm取1=10mm机座凸缘厚度bb=1.5=1.512=18mmb=18mm机盖凸缘厚度b1B1=1.51=1.510=15mmb1=15mm机盖凸缘厚度PP=2.5=2.512=30mmP=30mm地脚螺钉直径dd=20mmd=20mm地脚沉头座直径D0D0=30mmD0=30mm地脚螺钉数目n取n=4个取n=4轴承旁连接螺栓直径d1d1= 14mmd1=14mm剖分面凸缘

22、尺寸（扳手空间）C1=24mmC1=24mmC2=20mmC2=20mm上下箱连接螺栓直径d2d2 =10mmd2=10mm上下箱连接螺栓通孔直径d2d2=11mmd2=11mm上下箱连接螺栓沉头座直径D0=20mmD0=20mm箱缘尺寸（扳手空间）C1=20mmC1=20mmC2=16mmC2=16mm轴承盖螺钉直径和数目n,d3n=4, d3=14mmn=4d3=14mm检查孔盖螺钉直径d4d4=0.4d=8mmd4=8mm减速器中心高HH=342mmH=342mm轴承端盖外径D2D2=轴承孔直径+(55.5) d3取D2=160mm蜗轮外圆与箱体内壁之间的距离=15mm取=16mm蜗轮端

23、面与箱体内壁之间的距离=18mm取=18mm机盖、机座肋厚m1,mm1=0.851=8.5mm, m=0.85=10mmm1=8.5mm, m=10mm表7-17.2确定齿轮位置和箱体内壁线根据参考文献机械设计基础课程设计 王志伟 梦玲琴 主编 北京理工大学出版社出版第三章第41页，详见表7-2 蜗杆顶圆与箱座内壁的距离=56mm轴承端面至箱体内壁的距离=1.5mm箱底的厚度30mm轴承盖凸缘厚度d3=6mm箱盖高度164mm箱盖长度（不包括凸台）420mm蜗杆中心线与箱底的距离112mm箱座的长度（不包括凸台）440mm装蜗杆轴部分的长度540mm箱体宽度（不包括凸台）241mm箱底座宽度2

24、45mm蜗杆轴承座孔外伸长度6mm蜗杆轴承座长度40mm蜗杆轴承座内端面与箱体内壁距离20mm表7-28.减速器其他零件的选择箱体、蜗杆与蜗轮、蜗轮轴以及标准键、轴承、密封圈、联轴器、经校核确定以下零件：8.1键选择祥见表8-1 单位：mm安装位置类型b（h9）h（h11）L9（h14）蜗杆轴、联轴器以及电动机联接处GB/T1096-1979键10810870蜗轮与蜗轮轴联接处GB/T1096-1979键2214221470蜗轮轴、联轴器及传动滚筒联接处GB1096-90键20122012110表8-18.2轴承选择祥见表8-2 单位：mm安装位置轴承型号外 形 尺 寸dDTBC蜗 杆GB/T

25、297-1994302115510022.752118蜗轮轴GB/T292-19947015C7511520表8-28.3密封圈选择祥见表8-3 单位：mm安装位置类型轴径d基本外径D基本宽度蜗杆B5580855808蜗轮轴B72100107210010表8-38.4弹簧垫圈选择详见表8-4 单位mm安装位置类型内径d宽度（厚度）材料为65Mn，表面氧化的标准弹簧垫圈轴承旁连接螺栓GB93-87-16164上下箱联接螺栓GB93-87-12123表8-4 9.减速器的润滑减速器内部的传动零件和轴承都需要有良好的润滑，这样不仅可以减小摩擦损失，提高传动效率，还可以防止锈蚀、降低噪声。本减速器采用

26、蜗杆下置式，所以蜗杆采用浸油润滑，蜗杆浸油深度h大于等于1个蜗杆螺牙高，但不高于蜗杆轴轴承最低滚动中心。蜗杆轴承采用脂润滑，为防止箱内的润滑油进入轴承而使润滑脂稀释而流走，常在轴承内侧加挡油盘。10.Pro/E建模减速器及分析10.1 Pro/E建模减速器其它附件和总装1、Pro/E建模箱盖见图10-1 图10-12、Pro/E建模底座见图10-2图10-23、Pro/E蜗轮蜗杆总体装配图见图10-3和图10-4图10-3 图10-410.2 使用Pro/E进行干涉分析 Pro/E全局干涉分析可检查一个封闭曲面是否与其它曲面或零件之间有干涉，具体操作步骤如下：1、 在菜单栏上点击分析出现模型、

27、全局干涉如图10-5 图10-52、 点击全局干涉会出现对话框如图10-6图10-63、点击进行自动分析，结果如图10-7 图10-7 4、点击编号软件会自动显示问题出现的地方。如点击编号1会显示滚子轴承处出现干涉如图10-8图10-8 根据列出的问题可快速进行修改，这样可节省查找错误的时间，提前发现问题。Pro/E系统的参数化功能不象其他系统直接指定一些固定数值于形体，而是采用符号式的赋予形体尺寸，这样设计者可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其他相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便，可令设计优化更趋完美。11.结论这次毕业设计我的主要任务是基于Pro/E的

28、蜗轮蜗杆减速器设计。这与以前的课程设计有很大的不同。这可以说是全新的来学习一门知识，因为它不再是零件的乃至机器的设计。而是一种全新的设计理念的分析与利用。通过本次设计使我对Pro/E有了更深的理解和认识。但是在设计过程中我也遇到了很多的困难，首先是Pro/E分析方面知识的匮乏，许多理论知识是以前没有接触过的，这让我学习起来有很大的难度。其次由于理论理解的不够深刻致使在实际运用中出现用错等情况。但是在连老师的殷勤指导和孜孜不倦的讲解下，我不但对理论知识有了更深的理解也在运用方面更加得心应手。在设计的过程中，让我了解了设计方法对我们学习的重要性，同时也发现了自己的很多不足之处。仅仅了解书本上的知识

29、是远远不够的，只有结合自己的实际情况运用于实践，这样才能更深地了解和学习好知识。我们要在工作中不断的积累经验，学会用自己的知识解决实际问题。同时我们要不断地向别人学习，尤其要多想老师请教，他们可以让我们少走很多的弯路，同时也让我们知道很多优秀的设计方法和与众不同的设计理念。参考文献： 1王志伟机械设计基础/王志伟，孟玲琴主编.北京：北京理工大学出版社，2007.8；2任金泉.机械设计课程设计M.西安：西安交通大学出版社，2003；3张鄂.现代设计理论与方法M.北京：科学出版社，2007；4周开勤.机械零件手册M.北京：高等教育出版社，2002；5王纪安.工程材料与材料成型工艺M.北京：高等教育

30、出版社，2004；6公差配合与测量技术/董燕主编.武汉理工大学出版社，2008.8；7姜俊杰.Pro/ENGINEER Wildfire高级实例教程中国水利水电出版社 2005；8林清安.Pro/ENGINEER Wildfire3.0零件装配与产品设计.北京：电子工业出版社，2005.4。致谢经过几个月的查资料、整理材料、写作论文，今天终于可以顺利的完成论文的最后的谢辞了。随着论文的完成，我在大学的生活得以划下完美的句点。本设计在我的指导教师连黎明老师的精心指导下完成的，在此期间连老师在很多方面都给予我很大的指点和帮助，在此我衷心的向连老师表示感谢。论文的顺利完成，也离不开其它各位老师、同学

31、和朋友的关心和帮助。在整个的论文写作中，各位老师、同学和朋友积极的帮助我查资料和提供有利于论文写作的建议和意见，在他们的帮助下，论文得以不断的完善，最终帮助我完整的写完了整个论文。 另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是论文得以完成的基础。通过此次的论文，我学到了很多知识，在论文的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过毕业论文，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。