基于INVENTOR的减速器三维造型设计及仿真Word文档格式.docx
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eventheprototypeformanyofthebenchtestforthehighcost,cyclelength,isthemodernmarketeconomycannotbetolerated.
Startingfromthethree-dimensionaldesign,insupportofexistingsoftware,thismodelmaybeexpressedatleastallthegeometricparametersofthedesignconcept,thewholedesignprocesscanbefullydiscussedinthethree-dimensionalmodel,itiseasytodesignthesupportingrapidexpansionofthewholeprocessthedesignofalltheprocessescanuseaunifieddata,startingfromthethree-dimensionaldesign,theexpressionoftwo-dimensionalengineeringdrawingsstillhavetocomplywiththerequirementsoftraditionaldesign.ThisisaCADdevelopedtoday,tomorrowourcomputerCAD.
Keywords:
3Dvirtualdesign;
three-dimensionalmodeling;
reducer;
引言…………………………………………………………………………………1
1概述…………………………………………………………………………2
2电机的选择计算……………………………………………………………4
选择电动机的类型……………………………………………………………4
选择电动机的容量………………………………………………………………4
确信电动机转速…………………………………………………………………4
计算传动装置的总传动比i∑并分派传动比………………………………5
分派原那么……………………………………………………………………5
总传动比i∑…………………………………………………………………5
分派传动比……………………………………………………………………5
计算传动装置各轴的运动和动力参数………………………………………5
各轴的转速…………………………………………………………………5
各轴的输入功率……………………………………………………………5
各轴的输入转矩……………………………………………………………6
3传动零件的设计计算………………………………………………………6
闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计算…………………………………………6
闭式直齿圆柱齿轮传动的设计计算……………………………………………9
轴的设计计算…………………………………………………………………12
减速器高速轴Ⅰ的设计……………………………………………………12
减速器的低速轴Ⅱ的设计…………………………………………………14
减速器低速轴Ⅲ的设计计算………………………………………………16
4转动轴承的选择与寿命计算……………………………………………18
减速器高速I轴转动轴承的选择与寿命计算………………………………18
减速器低速III轴转动轴承的选择与寿命计算……………………………19
5键联接的选择………………………………………………………………20
高速轴的键联接………………………………………………………………20
低速轴的键连接………………………………………………………………20
6减速器机体的结构设计……………………………………………………20
机体要具有足够的刚度………………………………………………………20
机体的结构要便于机体内零件的润滑,密封及散热………………………21
机体结构要具有专门好的工艺性………………………………………………22
确信机盖大小齿轮一段的外轮廓半径………………………………………22
7润滑和密封设计………………………………………………………………22
润滑……………………………………………………………………………22
密封……………………………………………………………………………23
8箱体设计的要紧尺寸及数据……………………………………………23
9三维建模………………………………………………………………………24
三维建模技术…………………………………………………………………24
草图概念设计…………………………………………………………………25
零件的三维参数化设计建摸………………………………………………25
虚拟装配……………………………………………………………………28
干与分析……………………………………………………………………30
9应力分析……………………………………………………………………30
10结论…………………………………………………………………………31
谢辞…………………………………………………………………………………32
参考文献…………………………………………………………………………33
引言
本课题研究的目的是在已有减速器设计的大体理论基础上,利用Inventor2020三维设计软件和数据库技术,成立齿轮、轴、轴承、上箱体及下箱体的三维参数模型,将各零件进行装配。
本课题研究的意义在于:
能够为齿轮减速器是设计提供一种全新手腕和方式,改变原有的手工设计,二维设计变成三维设计,并在设计中表现引导作用,使设计更为直观、形象、生动;
通过实时人机互动式的三维参数化实体造型设计,更好地明白得、把握零部件的结构及装配关系,实现齿轮建起的动力学参数设计计算、齿轮传动设计技术、轴系的设计技术;
分析三维参数化设计的方式,运用设计辩论与程序设计相结合的方式实现零件的三维参数化设计,在此基础上采纳了在零件环境中和在装配环境中成立零件模板的两天方式;
分析齿轮减速器总装配及各部件之间的结构尺寸约束关系,并运用自顶向下与自底向上的设计思想别离构建减速器总装装配模板和轴系模板。
采纳Inventor2020三维设计软件,并结合AutoCAD_2004等二维画图软件,设计了一个二级圆锥圆柱齿轮减速器,实现了减速器的三维模型生产,和由此生成二维工程图的思想。
通过Inventor2020三维设计软件特有的干与分析、应力应变分析、空间运动分析、运动仿真功能,对减速器进行了检查和优化设计方案,实现减速器的运动仿真,完成了减速器在运算机中虚拟设计。
1概述
随着现代工业的不断进展和扩大,对工业机械的需求量也再迅速的增加,同时对机械设备的靠得住性,维修性,平安性,经济性和燃油性也提出而来更高的要求。
随着微电子工业向机械工业的渗透,现代机械日趋向智能化和机电一体化方向进展。
自20世纪90年代以来,国外机械工业进入了一个新的进展时期,技术进展的重点在于尽力完善产品的标准化实现高精度,多用途,超小型化是工业机械的进展趋势。
齿轮机构是在各类机构中应用最普遍的一种传动机构。
它能够用来传递空间任意两轴件的运动和动力,并具有功率范围大,传动效率高,传动比准确,利用寿命长,工作平安靠得住等特点。
而作为齿机构的最大体组成部份齿轮所起的作用是无可代替的,因此齿轮的设计尤其重要。
齿轮是应用最为普遍的通用零件,普遍用在各类传动中,如机床的传动装置,汽车的变速箱和后桥,减速器和玩具等。
齿轮传动机构中很重要的应用确实是减速器。
减速器是原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置用来降低原动机转速或增大转矩,以知足工作机需要。
而齿轮减速器作为一种重要的动力传递装置,在机械化生产中起着不可替代的作用。
圆柱圆锥齿轮减速器是最经常使用的机械传动机构之一。
纵观国内减速器行业的现状,为维持行业的健康可持续进展在充分确信行业不断进展、进步的同时,更应看到存在的问题,并踊跃研究计谋,采取方法,力争在较短时刻内能有所进展。
目前,同外减速器行业存在的比较突出的问题是,行业整体新产品开发能力弱、工艺创新及治理水平低,企业治理方式较为粗放,相当比例的产品仍为中低档次、缺乏有国际阻碍力的产品品牌、行业整体散、乱情形仍然较为严峻
现今世界各国减速器及齿轮技术进展总的趋势是向六高、二低、三化方向进展。
六高即指高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高靠得住性和高传动率;
二低,即低噪声、低本钱;
三化,即标准化、多样化、通用化。
减速器及齿轮的设计与制造技术的进展,在必然程度上标志着一个国家的工业水平,因为其应用超级普遍,大到矿山机械中的传动装置,小到汽车变速箱等领域无不渗透着齿轮和减速器的应用。
现今是要求人与自然和谐进展的社会,咱们的齿轮加工也慢慢往绿色环保的干式、半干式加工转变,其中有高速和低温冷风干式加工两个方向,从这一点上讲,传统的机加工都将迈向一个新的台阶。
国际上,动力传动齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向进展.特殊齿轮的应用、行星齿轮装置的进展、低振动、低噪声齿轮装置的研制是齿轮减速器设计方面的一些特点.为达到齿轮减速器装置小型化目的,能够提高现有渐开线齿轮的承载推力。
各国普遍采纳硬齿面技术,提高硬度以缩小装置的尺寸;
也可应用以圆弧齿轮为代表的特殊齿形。
英法合作研制的舰载直升飞机主传动系统采纳圆弧齿轮后,使减速器高度大为降低。
随着船舶动力由中速柴油机代替的趋势,在大型船上采纳大功率行星齿轮装置确有成效;
此刻冶金、矿山、水泥一轧机等大型传动装置中,行星齿轮以其体积小、同轴性好、效率高的优势而应用愈来愈多。
研究手腕的现状和进展趋势减速器设计往往是手工设计,因计算烦琐、复杂,致使手工设计的效率、靠得住性、准确性大大降低,而且关于系列化产品设计需要进行反复的计算、查询和画图,造成大量重复劳动。
另外,传统的类比设计中还存在一个极大的毛病,即在设计时,大部份设计人员都是在己有产品的基础上将尺寸增大,如此的相似设计使得产品的尺寸与重量愈来愈大,造成财力、人力的浪费。
在科学技术日趋进展的今天,尽管CAD技术已被企业重视,但通用CAD支撑软件对大多数用户来讲,只是画图工具,只是使所画图便于保留,便于修改,不是真正的实现了通过运算机设计的目的,不能解决设计问题,其实质仍是手工设计,它不仅设计效率低,同时对利用者的要求也较高,因利用者要直接利用图形支撑软件的命令去构造图形,这就要求其对各类命令的功能及其利用方式十分了解,从而限制了对这些命令不熟悉但精通产品设计的人员有效地利用运算机进行辅助设计,而使硬件和软件得不到充分利用。
而且,在传统画图设计进程中,工程师们感到最别扭的、最阻碍设计质量的、最需要有人辅助的几个常见的问题可能有以下几项:
复杂的投影线生成问题、漏标尺寸,漏画图线的问题、机构的几何关系和运动关系的分析讨论问题、设计的更新与修改问题、设计工程治理问题、二维参数化的局限性等等,这些在咱们的二维软件画图中都不能取得专门好的解决。
在二维参数化软件前景不甚明确的条件,在此背景下,基于运算机的虚拟技术,虚拟产品开发就愈来愈显出其独特的优势。
基于特点的三维参数化/变量化软件开始进入设计领域。
人在设计零件时的原始冲动是三维的,是有颜色、材料、硬度、形状、尺寸、位置、相关零件、制造工艺等等关联概念的三维实体,乃至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。
若是能直接以三维概念开始设计,在现有的软件支持下,那个模型至少有可能表达出设计构思的全数几何参数,整个设计进程能够完全在三维模型上讨论,对设计的辅助就很容易迅速扩大的全进程,设计的全数流程都能利用统一的数据。
如此就有可能比较容易地成立充分而完整的设计数据库,并以此为基础,进一步进行应力应变分析、制件质量属性分析、空间运动分析、装配干与分析、NC操纵可加工性分析、高正确率的二维工程图生成、外观色彩和造型成效评判、商业广告造型与动画生成等一系列的需求都能充分知足,是对设计全进程的有效的辅助,是有明确效益的CAD。
三维设计的益处已经确实了,Inventor或其他同类软件的实施进程中,都能体会取得。
。
由三维实体造型自动生成二维工程图纸的方式,这在实际设计工作中有专门大的优势,尤其是关于复杂的零部件的造型及其黑维工程图纸的设计,会取得事半功倍的成效,如剖面图自动生成,空间相贯线求交、投影等。
关于创成设计,三维设计模式几乎是最为合理的了
2电机的选择计算
选择电动机的类型
按工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机,全封锁自扇冷式结构,电压380V.
选择电动机的容量
工作机的有效功率为Pw=FV/1000=(2200N×
s)/1000=.
从电动机到工作机输送带间的总效率:
联轴器的传动效率η1=.
带传动效率η2=.
一对圆锥滚子轴承的效率η3=0.98.
一对球轴承的效率η4=.
闭式直齿圆锥齿传动效率η5=.
闭式直齿圆柱齿传动效率η6=.
总效率=η21η2η33η4η5η6=×
×
0.983×
=.
因此电动机所需工作功率为:
Pd=Pw/η∑==
确信电动机转速
查表得二级圆锥圆柱齿轮减速器传动比i=8-40,而工作机卷筒轴的转速为:
d=250mm
nw=60×
1000V/πd=m
因此电动机转速的可选范围为:
nd=i×
nw=(8-40)×
=(612-3060)r/m
符合这一范围的同步转速有750r/m,1000r/m,1500r/m,3000r/m四种。
综合考虑电动机和传动装置的尺寸,质量及价钱因素,为使传动装置结构紧凑,决定选用同步转速为1000r/m的电动机如表2-1:
表2-1
电动机的型号
额定功率/kw
满载转速/(r/m)
启动转矩
额定转矩
最大转矩
Y132S-6
3
960
电动机的要紧安装尺寸和外形尺寸如表2-2:
表2-2
尺寸/mm
型号
H
A
B
C
D
E
F×
GD
G
Y132S
132
216
140
89
38
80
10×
8
33
计算传动装置的总传动比i∑并分派传动比
分派原那么
3.使二级齿轮减速器中,各级大齿轮的浸油深度大致相等,以利于实现油池润滑
总传动比i∑为:
i∑=nm/nw=960/=
分派传动比:
i∑=i1i2
圆锥齿轮传动比一样不大于3,因此:
直齿轮圆锥齿轮传动比:
i1=3
直齿轮圆柱齿轮传动比:
i2=
实际传动比:
i’∑=3×
=
因为△i=<
故传动比知足要求
计算传动装置各轴的运动和动力参数
各轴的转速
Ⅰ轴nI=nm=960r/m
Ⅱ轴nⅡ=nI/i1=960/3=320r/m
Ⅲ轴nⅢ=nⅡ/i2=320/=r/m
Ⅳ轴nⅣ=nⅢ=m
各轴的输入功率
Ⅰ轴PI=Pdη1=×
Ⅱ轴PⅡ=PIη5η4=×
Ⅲ轴PⅢ=PⅡη6η3=×
Ⅳ轴PⅣ=PⅡη1η3=×
各轴的输入转矩
电动机轴的输出转矩Td=×
106×
960=×
104
因此:
Ⅰ轴TI=Td×
η1=×
104×
=×
Ⅱ轴TⅡ=TI×
η5η4×
i1=×
3=×
Ⅲ轴TⅢ=TⅡ×
η6η3×
i2=×
105
Ⅳ轴TⅣ=TⅢ×
η1η3=×
105×
运动和动力参数计算结果整理如表2-3:
表2-3
轴名
功率P/kw
转矩T/
转速n/(r/m)
传动比i
效率η
电机轴
104
1
Ⅰ轴
13
轴
320
Ⅲ轴
105
3传动零件的设计计算
闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计算
a.选材
七级精度
小齿轮材料选用45号钢,调质处置,HB=217~286,
大齿轮材料选用45号钢,正火处置,HB=162~217,
按齿面接触疲劳强度设计:
σHmin1=+380
由公式得出:
小齿轮的齿面接触疲劳强度σHmin1=600Mpa;
大齿轮的齿面接触疲劳强度σHmin2=550Mpab.
(1)计算应力循环次数N:
N1=60njL=60×
960×
1×
8×
300=×
109
N2=N1/i1=×
109/3=×
108
(2)查表得疲劳寿命系数:
KHN1=,KHN2=,取平安系数SHmin=1
∴[σ]H=σHmin×
KHN/SHmin
∴[σ]H1=600×
1=546Mpa
[σ]H2=550×
1=Mpa
∵[σ]H1>
[σ]H2∴取Mpa
(3)按齿面接触强度设计小齿轮大端模数(由于小齿轮更易失效故按小齿轮设计):
取齿数Z1=24,那么Z2=Z1×
i1=24×
3=72,
取Z2=72
∵实际传动比u=Z2/Z1=72/24=3,且u=tanδ2=cotδ1=3
∴δ1=°
δ2=°
那么小圆锥齿轮的当量齿数
zm1=z1/cosδ1=24/°
zm2=z2/cosδ2=72/°
(4)查表有材料弹性阻碍系数ZE=,取载荷系数Kt=
有∵T1=×
104T/,u=3,ФR1=1/3.
∴试计算小齿轮的分度圆直径为:
d1t≥
(1)计算圆周速度
v=π*d1t*nI/60000=**960/60000=/s
(2)计算齿轮的动载系数K
依照v=s,查表得:
Kv=,又查表得出利用系数KA=
取动载系数K
取轴承系数K
=*=
齿轮的载荷系数K=Kv*KA*K
*K
(3)按齿轮的实际载荷系数所得的分度圆直径由公式:
d1=d1t×
m=24=
d.按齿根弯曲疲劳强度设计:
σFmin1=+275
由公式查得:
(1)小齿轮的弯曲疲劳强度σFE1=500Mpa;
大齿轮的弯曲疲劳强度σFE2=380Mpa
m≥
(2)查得弯曲疲劳强度寿命系数KFN1=,KFN2=.
计算弯曲疲劳强度的许用应力,平安系数取S=
由[σF]=σFmin×
KFN/SFmin得
[σF]1=σFE1*KFN1/S=500*=Mpa
[σ
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