【正文】 process the design of all the processes can use a unified data, starting from the threedimensional design, the expression of twodimensional engineering drawings still have to ply with the requirements of traditional design. This is a CAD developed today, tomorrow our puter CAD.Key words：3D virtual design。 reducer。本課題研究的意義在于：能夠?yàn)辇X輪減速器是設(shè)計(jì)提供一種全新手段和方法，改變?cè)械氖止ぴO(shè)計(jì)，二維設(shè)計(jì)變?yōu)槿S設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)引導(dǎo)作用，使設(shè)計(jì)更為直觀、形象、生動(dòng)；通過實(shí)時(shí)人機(jī)互動(dòng)式的三維參數(shù)化實(shí)體造型設(shè)計(jì)，更好地理解、掌握零部件的結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)齒輪建起的動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)、軸系的設(shè)計(jì)技術(shù)；分析三維參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法，運(yùn)用設(shè)計(jì)辯論與程序設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)零件的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上采用了在零件環(huán)境中以及在裝配環(huán)境中建立零件模板的兩天方法；分析齒輪減速器總裝配及各部件之間的結(jié)構(gòu)尺寸約束關(guān)系，并運(yùn)用自頂向下與自底向上的設(shè)計(jì)思想分別構(gòu)建減速器總裝裝配模板和軸系模板。通過Inventor 2008三維設(shè)計(jì)軟件特有的干涉分析、應(yīng)力應(yīng)變分析、空間運(yùn)動(dòng)分析、運(yùn)動(dòng)仿真功能，對(duì)減速器進(jìn)行了檢查和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)減速器的運(yùn)動(dòng)仿真，完成了減速器在計(jì)算機(jī)中虛擬設(shè)計(jì)。隨著微電子工業(yè)向機(jī)械工業(yè)的滲透，現(xiàn)代機(jī)械日益向智能化和機(jī)電一體化方向發(fā)展。齒輪機(jī)構(gòu)是在各種機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。而作為齒機(jī)構(gòu)的最基本組成部分齒輪所起的作用是無可代替的，所以齒輪的設(shè)計(jì)尤為重要。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中很重要的應(yīng)用就是減速器。而齒輪減速器作為一種重要的動(dòng)力傳遞裝置，在機(jī)械化生產(chǎn)中起著不可替代的作用。縱觀國內(nèi)減速器行業(yè)的現(xiàn)狀，為保持行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展在充分肯定行業(yè)不斷發(fā)展、進(jìn)步的同時(shí)，更應(yīng)看到存在的問題，并積極研究對(duì)策，采取措施，力爭在較短時(shí)間內(nèi)能有所進(jìn)展。六高即指高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高傳動(dòng)率；二低，即低噪聲、低成本；三化，即標(biāo)準(zhǔn)化、多樣化、通用化。當(dāng)今是要求人與自然和諧發(fā)展的社會(huì)，我們的齒輪加工也逐步往綠色環(huán)保的干式、半干式加工轉(zhuǎn)變，其中有高速和低溫冷風(fēng)干式加工兩個(gè)方向，從這一點(diǎn)上講，傳統(tǒng)的機(jī)加工都將邁向一個(gè)新的臺(tái)階。各國普遍采用硬齒面技術(shù)，提高硬度以縮小裝置的尺寸；也可應(yīng)用以圓弧齒輪為代表的特殊齒形。隨著船舶動(dòng)力由中速柴油機(jī)代替的趨勢，在大型船上采用大功率行星齒輪裝置確有成效；現(xiàn)在冶金、礦山、水泥一軋機(jī)等大型傳動(dòng)裝置中，行星齒輪以其體積小、同軸性好、效率高的優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用愈來愈多。另外，傳統(tǒng)的類比設(shè)計(jì)中還存在一個(gè)極大的毛病，即在設(shè)計(jì)時(shí)，大部分設(shè)計(jì)人員都是在己有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上將尺寸增大，這樣的相似設(shè)計(jì)使得產(chǎn)品的尺寸與重量越來越大，造成財(cái)力、人力的浪費(fèi)。而且，在傳統(tǒng)繪圖設(shè)計(jì)過程中，工程師們感到最別扭的、最影響設(shè)計(jì)質(zhì)量的、最需要有人輔助的幾個(gè)常見的問題可能有下列幾項(xiàng)：復(fù)雜的投影線生成問題、漏標(biāo)尺寸，漏畫圖線的問題、機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的分析討論問題、設(shè)計(jì)的更新與修改問題、設(shè)計(jì)工程管理問題、二維參數(shù)化的局限性等等，這些在我們的二維軟件繪圖中都不能得到很好的解決。基于特征的三維參數(shù)化/變量化軟件開始進(jìn)入設(shè)計(jì)領(lǐng)域。如果能直接以三維概念開始設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有的軟件支持下，這個(gè)模型至少有可能表達(dá)出設(shè)計(jì)構(gòu)思的全部幾何參數(shù)，整個(gè)設(shè)計(jì)過程可以完全在三維模型上討論，對(duì)設(shè)計(jì)的輔助就很容易迅速擴(kuò)大的全過程，設(shè)計(jì)的全部流程都能使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。三維設(shè)計(jì)的好處已經(jīng)確實(shí)了，Inventor或其他同類軟件的實(shí)施過程中，都能體會(huì)得到。對(duì)于創(chuàng)成設(shè)計(jì)，三維設(shè)計(jì)模式幾乎是最為合理的了2 電機(jī)的選擇計(jì)算 選擇電動(dòng)機(jī)的類型按工作要求和工作條件選用Y系列三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，全封閉自扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓380V. 選擇電動(dòng)機(jī)的容量工作機(jī)的有效功率為Pw=FV/1000=(2200N)/1000=.從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)輸送帶間的總效率：聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率 η1=.帶傳動(dòng)效率η2=.一對(duì)圓錐滾子軸承的效率 η3= 0. 98.一對(duì)球軸承的效率 η4= .閉式直齒圓錐齒傳動(dòng)效率η5= .閉式直齒圓柱齒傳動(dòng)效率η6= .總效率=η21η2η33η4η5η6=0. 983=.所以電動(dòng)機(jī)所需工作功率為：Pd=Pw/η∑=查表得二級(jí)圓錐圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比i=840，而工作機(jī)卷筒軸的轉(zhuǎn)速為：d=250mmnw=601000V/πd=所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：nd=inw =(840) =(6123060)r/m符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750 r/m,1000 r/m,1500 r/m,3000 r/m四種。δ2=176。=zm2=z2/cosδ2=72/176。按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的分度園直徑d1=，Z1=d1/m=≈28,則Z2=Z1*m=28*3=84模數(shù)：m=分度圓直徑：d1=m*Z1=*28=70mm； d2=m*Z2=*82=210mm齒頂圓直徑：da1=d1+2m* cosδ1=70+2** 176。=齒根圓直徑：df1= * cosδ1=702** 176。=齒輪錐距：R===110mm將其圓整取R=112mm大端圓周速度：v=π*d1t*nI /60000=**960/60000=齒寬：b=R*=112/3=38mm所以去b1=b2=38mm分度園平均直徑：dm1=d1*() =70*5/6=58mmdm2=d2*() =210*5/6=175mm 閉式直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算a．選材七級(jí)精度小齒輪材料選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，HB=217~286，大齒輪材料選用45號(hào)鋼，正火處理，HB=162~217，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：σHmin1=+380由公式得出：小齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度σHmin1=600 Mpa ；大齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度σHmin2 =550 Mpab.(1) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N:N1=60njL=603201810300=108N2=N1/ i1=91216108/=108 (2)查表得疲勞壽命系數(shù)：KHN1=,KHN2=,取安全系數(shù)SHmin =1∴[σ]H=σHmin KHN / SHmin ∴[σ]H1=600[σ]H2=550∵[σ]H1[σ]H2 ∴取539 Mpa(3) 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)小齒輪大端模數(shù)（由于小齒輪更容易失效故按小齒輪設(shè)計(jì)）:取齒數(shù) Z1=24，則Z2=Z1i1=24=100，取Z2=100∵實(shí)際傳動(dòng)比u=Z2/Z1=100/24=，(4)查表有材料彈性影響系數(shù)ZE=，取載荷系數(shù)Kt=有∵T1=104 T/()，u=3，ФR1=1/3.齒寬系數(shù)：=1∴試計(jì)算小齒輪的分度圓直徑為：d1t≥*=*=(1)計(jì)算圓周速度v=π*d1t*nI /60000=**320/60000=齒寬b=*d1t=1*=計(jì)算齒寬與齒高之比：b/h模數(shù)mt= d1t/Z1=h==b/h=(2)計(jì)算齒輪的動(dòng)載系數(shù)K根據(jù)v=，查表得：Kv=,又查表得出使用系數(shù)KA=取動(dòng)載系數(shù)K=取軸承系數(shù)K=*=齒輪的載荷系數(shù)K= Kv*KA* K *K=(3)按齒輪的實(shí)際載荷系數(shù)所得的分度圓直徑由公式:d1= d1t==m=d．按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：σFmin1=+275由公式查得：(1)小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度σFE1=500 Mpa ；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度σFE2 =380 Mpam≥(2)查得彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)KFN1=,KFN2=.計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的許用應(yīng)力，安全系數(shù)取S=由[σF]=σFmin KFN / SFmin 得[σF]1=σFE1* KFN1/S=500*[σF]2=σFE2* KFN2/S=380*計(jì)算載荷系數(shù)由b/h=,==K= Kv*KA* K *KF=1***=：YFa1=, YFa2=Ysa1=, Ysa2= * Ysa /[σF]并加以比較∵YFa1 * Ysa1 /[σF]1 =*YFa2 * Ysa2/[σF] 2 =*∴YFa1 * Ysa1 /[σF]1 YFa2 * Ysa2/[σF] 2所以選擇YFa2 * Ysa2/[σF] 2=m≥ ==對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由因?yàn)辇X輪模數(shù)m的大小主要由彎曲強(qiáng)度決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪的直徑有關(guān)，所以將取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)的值，即m=。根據(jù)需要去K=，即:T=9550P/n=9550Tc=KT==聯(lián)軸器的需用轉(zhuǎn)矩Tn=1250許用轉(zhuǎn)速[n]=4750r/minn=960r/m所以聯(lián)軸器符合使用要求(4)作用在小錐齒輪上的力：dm1=[b/R]d1=[]70=①圓周力：Ft1=2T1/ dm1=2104 /=②徑向力：Fr1= Ft1*tan20176。176。*176。初步選定滾動(dòng)軸承，因?yàn)檩S承同時(shí)有徑向力和軸向力的作用，故選單列圓錐滾子軸承。軸段的長度取LⅥⅦ =58mm。d IⅡ =30mm L IⅡ =62mmdⅡⅢ =35mm LⅡⅢ =44mmdⅢⅣ =40mm LⅢⅣ =17mmdⅣⅤ =50mm LⅣⅤ =56mmdⅤⅥ =40mm LⅤⅥ =17mmdⅥⅦ =32mm LⅥⅦ =58mm至此，已經(jīng)初步確定了軸的各段直徑和長度。*cosδ2=tan20176。=軸向力:Fa1= Ft1*tan20176。176。=tan20176。參照工作要求根據(jù)dmin=25mm取d IⅡ =30mm，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)，單列圓錐滾子承選用型號(hào)為30206，其主要參數(shù)為d=30mm，D=62mm，T=，B=16，C=14，所以dⅤⅥ =30mm。軸段的長度取LⅤⅥ=。安裝小齒輪為齒輪軸，其齒寬為65mm，直徑為55mm，所以dⅢⅣ =55mm，LⅢⅣ =64mm軸ⅣⅤ段根據(jù)擋油環(huán)河套筒得出dⅣⅤ =40mm，LⅣⅤ =38mm。轉(zhuǎn)速n=，轉(zhuǎn)矩T=105 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得c=118，所以：dmin ≥c=118≈由于該軸有一個(gè)鍵槽，故軸的直徑應(yīng)該加大5％7％， 故dmin ==，取d=35mm(3)考慮Ⅲ軸與卷筒伸軸與聯(lián)軸器連接。根據(jù)需要去K=，即:T=9550P/n=9550Tc=KT==聯(lián)軸器的需用轉(zhuǎn)矩Tn=1250許用轉(zhuǎn)速[n]=4750r/minn=所以聯(lián)軸器符合使用要求(4)作用在大直齒輪上的力： 圓周力：Ft4= Ft3=Fr4= Fr3=(5)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖35如圖35根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，IⅡ軸端右端需要制出一軸肩dIⅡ =40mm，故取dⅡⅢ =50mm，為了保證軸噸擋圈只壓在半聯(lián)軸器上面不壓在軸的斷面上，故IⅡ軸段取L IⅡ =80mm。參照工作要求根據(jù)dⅡⅢ =50mm，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)，深溝球承選用型號(hào)為60210，其主要參數(shù)為d=50mm，D=90mm，B=20mm，所以dⅢⅣ =56mm，為大齒輪的右端定位制造出一軸肩的高度為65mm，寬度為10mm，即dⅣⅤ =65mm，LⅣⅤ=10mm，dⅤⅥ =50mm，LⅢⅣ =17mm取安裝齒輪處的軸端ⅥⅦ的直徑dⅥⅦ =60mm，齒輪的左端通過軸套定位，右端通過軸套和螺釘定位。為保證機(jī)箱的寬度，故為確保機(jī)箱的寬度，Ⅱ軸和Ⅲ軸安裝軸承的軸的長度應(yīng)向?qū)?yīng)，故取LⅡⅢ =。(6)求軸上的載荷該軸受力計(jì)算簡圖如圖36：計(jì)算軸的載荷： 圖36①求垂直面內(nèi)的支撐力：∵ΣMC=0，∴RBY= Ft4L1/（ L1+L2）=（+）=∵ΣY=0，∴Rcy= Ft4 RBY = = N，∴垂直面內(nèi)D點(diǎn)彎矩：MDy= RcyL1== Nm②水平面內(nèi)的支撐反力：∵ΣMC=0，∴RBz=Fr4 L1/（ L1+L2）=∵ΣZ=0，∴RCz= Fr4 RBz ==，∵水平面內(nèi)D點(diǎn)彎矩MDz= RCz L1==m③合成彎矩：MD=== Nm④作舟的扭矩圖如圖37圖37計(jì)算扭矩:T=T1=105 。 減速器低速III軸滾動(dòng)軸承的選擇與壽命計(jì)算(1)高速軸的軸承只承受一定徑向載荷，選用深溝球軸承，初取d=55㎜，由表選用型號(hào)為6210，其主要參數(shù)為：d=50㎜，D