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起重機的三維數(shù)字化設(shè)計？結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上
混合軟件體系結(jié)構(gòu)
wangchonghua'lihua1 2
（l.機械工程上海海事大學(xué)上海2001.3.5.中國，
電子郵件：chonghua.wang@gmail.com；
2，伍斯特理工學(xué)院，伍斯特01609，MA，USA）
摘要：起重機的三維數(shù)字化設(shè)計？基于客戶機/服務(wù)器和瀏覽器/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的介紹?；趯I(yè)/工程師平臺？三維參數(shù)化模型的是允許的結(jié)構(gòu)可行的配置生成的客戶端/服務(wù)器框架。利用Visual C++開發(fā)由Pro/E和ANSYS的APDL建模模式的GUI 的一個集成方法的三維CAD和CAE提供了包括三維參數(shù)化模型的同步更新和再生的有限元模型分析。在瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)，三維CAD模型的零件組件結(jié)構(gòu)也可以在客戶客戶顯示？在VRML格式5瀏覽器。
關(guān)鍵詞：數(shù)字化設(shè)計；起重機；混合軟件體系結(jié)構(gòu)的CAD/CAE集成
1引言
集裝箱起重機是一個主要機械,用于船舶運輸和快速增加世界各地近年來。起重機是非常大而復(fù)雜的機器。他們的結(jié)構(gòu)有不同的配置和很多的設(shè)計參數(shù)，以滿足不同的自然，環(huán)境和經(jīng)營條件的每一個港口。另外的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)符合要求的強度穩(wěn)定性與累積損傷與振動頻率標準和規(guī)范。因此，對結(jié)構(gòu)進行有限元分析是必要的，因為在商業(yè)計算機輔助設(shè)計軟件中，由于結(jié)構(gòu)是非常大的，復(fù)雜的，可直接采用有限元分析程序來完成分析任務(wù)。
在本文中，數(shù)字設(shè)計方法的起重機,提出了基于客戶機/服務(wù)器和瀏覽器/服務(wù)器混合軟件體系結(jié)構(gòu)。它主要是基于三維參數(shù)化有限元建模技術(shù)、CAD/CAE集成技術(shù)、Pro/E、ANSYS、MS Visual C java，VRML（虛擬現(xiàn)實建模語言）和EAI（外部程序接口）。該方法包括起重機產(chǎn)品的三維參數(shù)化模型的家庭建筑CAD平臺，建立有限元模型，第二三維參數(shù)化模型的開發(fā)，同步更新和有限元分析，三維CAD模型，對客戶的動態(tài)顯示，在VRML格式的Web瀏覽器
2系統(tǒng)架構(gòu)概要
在客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，提出了一個框架，支持三維數(shù)字化設(shè)計。臺式電腦CAD軟件平臺如Pro/ENGINEER等作為客戶端運行，這要求對零件的設(shè)計參數(shù)值，部件和整體結(jié)構(gòu)服務(wù)器。然后一個參數(shù)化設(shè)計的方法來推廣三維CAD模型。其他桌面電腦的CAE軟件如ANSYS運行平臺也作為客戶，在有限元分析和結(jié)構(gòu)分析建模的實現(xiàn)?；贑AD/CAE的集成方法，在三維CAD模型的零件、部件和結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，同步更新，實現(xiàn)了有限元分析。
在瀏覽器/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，一個標準的互聯(lián)網(wǎng)探索作為瀏覽器，它請求的數(shù)據(jù)從Web服務(wù)器的查詢重定向到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的Web服務(wù)器，它顯示的CAD模型生成客戶對他的網(wǎng)頁瀏覽器在VRML格式。
雖然這種結(jié)構(gòu)可能是一個較低的網(wǎng)絡(luò)帶寬瓶頸>但它是一個相對簡單的方法和整個系統(tǒng)的體積可以盡可能少的控制。
在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器層,數(shù)據(jù)模型是根據(jù)他們的專業(yè)。該系統(tǒng)包括一個基本產(chǎn)品庫維護的設(shè)計師,只能為設(shè)計師。其他信息,比如用戶信息,3 d模型也在這層管理。
3 基于Olient的CAD / CAE /服務(wù)器integraion
3.1 cad平臺起重機的三維參數(shù)化模型的家庭名單
為了支持設(shè)計起重機的家庭,對產(chǎn)品平臺開發(fā)cad表示允許代可行的配置結(jié)構(gòu),組件和每個家庭成員,然后一部分擴展他們所需的大小。cad模型的框架平臺必須提供功能列為符合低點。
1)產(chǎn)品分解成基于自上而下的分層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)零部件能夠促進設(shè)計任務(wù)them開發(fā)團隊,起重機結(jié)構(gòu)簽名必須使用他著名的分層結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)。由一個數(shù)字的組件。每個組件可以數(shù)量的子組件或型。該產(chǎn)品以這種方式構(gòu)建遞歸地繼續(xù),直到所有組件在最低層次的部分。因此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)自上而下的方式,創(chuàng)造盡可能多的設(shè)計師所期望的水平。圖2顯示了一個簡化的層次產(chǎn)品結(jié)構(gòu)岸邊集裝箱起重機的結(jié)構(gòu)。
2)構(gòu)建3 d部分特色技術(shù)CAD軟件平臺提供的功能技術(shù)如Pro /工程師包括:l.草案特性這是基本畫橫截面產(chǎn)生的幾何特征和拉伸,旋轉(zhuǎn)或掃描-
寧;2.附件功能被添加到基本字符包括洞,圓的角落里,崩潰角等等。根據(jù)特征技術(shù),所有零件的三維模型生成起重機的結(jié)構(gòu)。
3)指定約束關(guān)系的組件創(chuàng)建中(產(chǎn)品族零部件使用——表示看來好像約束關(guān)系。在組裝模塊等cad軟件pro /工程師,約束模型的部分組件或整個起重機結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的值改變時,尺寸參數(shù)和設(shè)計變量之間的關(guān)系構(gòu)建準確。等商業(yè)CAD軟件pro /工程師提供了功能設(shè)置設(shè)計參數(shù)和設(shè)計參數(shù)和尺寸變量之間建立關(guān)系。
4)生成組件或產(chǎn)品的裝配模型以自底向上的方式基于約束關(guān)系結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,一個設(shè)計師可以開始構(gòu)建三維模型的一部分當(dāng)任務(wù)被分配給他。另一方面,3 d建模組件由一個設(shè)計師的被分配只能開始創(chuàng)建子組件和零件。所以實際建模活動是自下而上的過程。根據(jù)分層起重機的結(jié)構(gòu)和裝配零部件之間的約束關(guān)系,生成組件所需的3 d模型。
3.2 代起重機有限元分析模型
在有限元分析中,數(shù)學(xué)模型應(yīng)盡可能準確地模擬實際對象趕到那里。通常應(yīng)該進行有限元分析整個起重機的結(jié)構(gòu)。
結(jié)構(gòu)非常龐大而復(fù)雜的元素將幾百萬的數(shù)量得到一個可接受的解決方案。是不可能使用任何有限元分析程序商業(yè)CAD 產(chǎn)品完成任務(wù)。ANSYS是入選,是因為其強大的結(jié)構(gòu)分析的功能。同樣的原因,在ANSYS板元素不會被采納。beaml88元素用于建立有限元分析國防部會。
在ANSYS中,提供了兩種建模模式建立有限元分析模型,人機互動模式也稱為GUI模式和APDL命令流流輸入模式的模式。
兩種模式也參考文獻中描述的優(yōu)點和缺點?？偨Y(jié)的背景知識的GUI和ANSYS的APDL模式,起重機結(jié)構(gòu)的有限元分析模型是真實的-
基于復(fù)合模式的工業(yè)區(qū)。第一位?結(jié)構(gòu)的有限元分析模型可以通過ANSYS構(gòu)建,CAE分析結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)?和相應(yīng)的日志文件生成。然后日志文件可以修改通過使用ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言APDL提供。APDL文件的結(jié)構(gòu)包括一代的模型?施加的載荷和約束,解決和處理后建立。
代的模型由參數(shù)定義,建立節(jié)點/單位/部分等。新起重機結(jié)構(gòu)的有限元分析模型由運行APDL文件。圖4顯示了結(jié)構(gòu)的有限元分析模型及其應(yīng)力分析圖表。
3.3 基于Visual c++ CAD / CAE的集成
[1]建立CAD / CAE的集成開發(fā)環(huán)境可以實現(xiàn)CAD / CAE的集成開發(fā)使用Visual C P P和Pro / TOOLKIT。后者是一個利用Pro /工程師提供的軟件工具包。文件路徑和庫文件路徑的pro / TOOLKIT文件路徑的APDL建立在Visual C PP,CAD / CAE的集成開發(fā)環(huán)境。
[2]的基礎(chǔ)的CAD / CAE集成設(shè)計對話框Visuil CPP開發(fā)環(huán)境,CAD / CAE集成設(shè)計對話框部分的組件和整體結(jié)構(gòu)建立了通過Visuil CPP提供的設(shè)計工具。
[3]CAD / CAE集成過程第一,設(shè)計參數(shù)值是通過com數(shù)據(jù)庫連接顯示rn CAD / CAE集成設(shè)計對話框的文本框。第二,新的設(shè)計參數(shù)值輸入通過設(shè)計對話框并保存數(shù)據(jù)庫連接相應(yīng)的起重機的設(shè)計參數(shù)值在文件也自動修改。一些修改文件等一些參數(shù)的變化只是節(jié)點的有限元分析的縱坐標一些修改將改變元素的字符^橫截面,加載etc.Next的價值和方向,繁榮和起重機結(jié)構(gòu)的新3 d cad模型自動構(gòu)建。然后>新APDL執(zhí)行文件和新起重機的有限元分析 ANSYS軟件環(huán)境中再生。最后基于修改有限元模型的有限元分析和計算進行證明是否新鮮
4 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)
為了建立3 d場景演示>設(shè)計師必須實例化一個文件中的每個部分設(shè)計參數(shù)值的組件和結(jié)構(gòu)。結(jié)果是大量的文件,因為這樣復(fù)雜系統(tǒng)的發(fā)展,一些設(shè)計師工作接近對方。即使有強大的限制在文件命名,概述很快就迷路了。保證數(shù)據(jù)完整性和正確的零件或組件之間的關(guān)系,使用一個數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。解決方案是一個數(shù)據(jù)庫。基本產(chǎn)品庫由設(shè)計參數(shù)信息,配置的結(jié)構(gòu),是由設(shè)計師,只能為設(shè)計師。使用數(shù)據(jù)庫,一些一般性的問題將得到解決:
[1]數(shù)據(jù)的完整性
在文件系統(tǒng)上,設(shè)計師的變化首先保存文件然后刪除的設(shè)計師之后保存相同的文件。但不能修改CAD模型兩個設(shè)計師同時使用數(shù)據(jù)庫的事務(wù)機制。
[2]的直接關(guān)系
有直接關(guān)系的數(shù)據(jù)實體模型、技術(shù)三維模型之間的依賴關(guān)系可以很容易地找到。給設(shè)計師一個提示,直接關(guān)系模型也必須改變后的變化在一個模型。
[3]中心數(shù)據(jù)管理
中央數(shù)據(jù)提供了備份和版本控制的幾個優(yōu)點。數(shù)據(jù)聚類數(shù)據(jù)集群加快數(shù)據(jù)訪問,因為每個設(shè)計師電腦可以獲得所需的信息。這是非常重要的對分布式和協(xié)同設(shè)計項目。實體關(guān)系(ER)模型,它是一項很受歡迎的高數(shù)據(jù)模型,用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計基本產(chǎn)品。其變化經(jīng)常用于數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的設(shè)計,和許多數(shù)據(jù)庫設(shè)計工具使用的概念。ER描述數(shù)據(jù)實體、關(guān)系和屬性。模式的基本對象
代表是一個實體,是在現(xiàn)實世界中獨立存在。每個實體的屬性,即特定的屬性,描述一個特定的實體t。會有一個為每個屬性的值。描述每個實體的屬性值成為一個主要的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。間的關(guān)系類型R n實體類型EI,E2,……,定義了套協(xié)會或?qū)嶓w從這些類型的關(guān)系。實體類型及實體集、關(guān)系類型及其對應(yīng)關(guān)系通常稱為同名的R。
根據(jù)分層數(shù)據(jù)庫實體。每一部分,組件和結(jié)構(gòu)可以表示成一個實體屬性描述的設(shè)計參數(shù)?？臻g起重機產(chǎn)品的零部件之間的關(guān)系表示為集r的關(guān)系數(shù)據(jù)庫是使用Microsoft SQL 組件構(gòu)造(COM)組件是用于數(shù)據(jù)庫連接從CAD / CAE集成設(shè)計接口。
5 基于瀏覽器/ Server9,1的3 d模型
瀏覽器/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)是用來顯示3 d cad模型的零件,組件和整個結(jié)構(gòu)的客戶?S瀏覽器m vrml格式。一個標準的互聯(lián)網(wǎng)探索瀏覽器的基礎(chǔ)。在Java應(yīng)用程序服務(wù)器程序?qū)崿F(xiàn)以下幾個原因。最重要的一個虛擬現(xiàn)實建模語言VRML 1.0和2.0版本。Java applet EAI是用來連接VRML世界通過Java applet與HTML頁面動態(tài)控制VRML場景。
6結(jié)論
岸邊集裝箱起重機的三維數(shù)字設(shè)計嗎?基于混合模式的客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和瀏覽器/服務(wù)器介紹了。
基于自頂向下的層次產(chǎn)品結(jié)構(gòu)?特征技術(shù)?裝配約束關(guān)系?自底向上的裝配過程和維度關(guān)系提供的Pro /工程師嗎?CAD平臺構(gòu)建三維參數(shù)化模型的家庭允許代起重機結(jié)構(gòu)的可行的配置。
總結(jié)的背景知識的GUI和ANSYS的APDL模式平臺?起重機結(jié)構(gòu)的有限元模型,實現(xiàn)了基于復(fù)合模式。
在MS Visual c++的幫助嗎?CAD / CAE的集成開發(fā)方法由再生的3 d參數(shù)化CAD模型?同步更新和分析的有限元模型。
基于JAVA的技術(shù)嗎?VRML,EAI,動態(tài)顯示最新的3 d 模型在客戶的瀏覽器實現(xiàn)。
構(gòu)建基本的產(chǎn)品和用戶信息使用Microsoft SQL Server 2000。
該系統(tǒng)可以大大提高設(shè)計的效率岸邊集裝箱起重機嗎?結(jié)構(gòu)。
畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書
1．畢業(yè)設(shè)計課題的任務(wù)和要求：
熟悉起重機減速器的結(jié)構(gòu)和工作原理，明確給定型號減速器的作用和設(shè)計知識，進行該減速器的設(shè)計計算，根據(jù)計算結(jié)果利用SolidWorks軟件建立減速器的三維模型、繪制二維工程圖，相關(guān)數(shù)據(jù)可查閱《起重機設(shè)計手冊》。
2．畢業(yè)設(shè)計課題的具體工作內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
1 學(xué)習(xí)掌握三維設(shè)計SolidWorks的使用技術(shù)；
2 掌握二級減速器的工作原理和設(shè)計步驟；
3 進行該減速器的設(shè)計計算與校核；
4 完成該減速器的三維建模，繪制二維工程圖；
5 撰寫設(shè)計說明書：
(1)設(shè)計合理，語句通順，格式規(guī)范，圖表正確，表述清晰；
(2)打印成冊。
畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書
3．對畢業(yè)設(shè)計課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計、圖紙、實物樣品等)：
1 畢業(yè)設(shè)計開題報告一份；
2 畢業(yè)設(shè)計說明書一本，要求思路清晰，語句通順，無錯別字；
3 圖紙一套，要求結(jié)構(gòu)合理，表達正確、清晰。
4．畢業(yè)設(shè)計課題工作進度計劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2016年
2月29日 ~ 3月 20 日
3月 21日 ~ 5月 20 日
5月 20日 ~ 5月31日
6月 1日 ~ 6月5日
學(xué)習(xí)相關(guān)軟件，查閱資料，撰寫開題報告；
熟悉開發(fā)環(huán)境，詳細設(shè)計；
撰寫說明書；
畢業(yè)答辯。
學(xué)生所在系審查意見：
同意下發(fā)任務(wù)書
系主任：
2016年 2 月 29 日
畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：
文 獻 綜 述
1.1 選題目的及意義
減速機是一種動力傳達機構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機（馬達）的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機構(gòu)。在目前用于傳遞動力與運動的機構(gòu)中，減速機的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。幾乎在各式機械的傳動系統(tǒng)中都可以見到它的蹤跡，從運輸工具的單梁起重機、雙梁起重機、船舶、汽車、機車，建筑用的重型機具，機械工業(yè)所用的加工機具及自動化生產(chǎn)設(shè)備，到日常生活中常見的家電，鐘表等等.其應(yīng)用從大動力的傳輸工作，到小負荷，精確的角度傳輸都可以見到減速機的應(yīng)用，且在工業(yè)應(yīng)用上，減速機具有減速及增加轉(zhuǎn)矩功能。因此廣泛應(yīng)用在速度與扭矩的轉(zhuǎn)換設(shè)備。
減速器的設(shè)計是全面地運用所學(xué)專業(yè)課程的理論和實踐進行設(shè)計的一次重要實踐。通過畢業(yè)設(shè)計，運用機械設(shè)計相關(guān)知識正確地確定傳動類型、選擇電動 機的型號、計算總傳動比并分配傳動比、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)、各軸 轉(zhuǎn)速、各軸的輸入功率、各軸的轉(zhuǎn)矩、直齒輪傳動的設(shè)計計算、軸的設(shè)計、聯(lián)軸 器的選擇、軸承的設(shè)計計算、減速器箱體機附件的設(shè)計、潤滑與密封等。 設(shè)計過程也是復(fù)習(xí)理論和實踐的一個過程，以往的課程設(shè)計僅僅是簡單的課程作業(yè)，并沒有較多的涉及專業(yè)知識。而畢業(yè)設(shè)計，有豐富的專業(yè)知識可以投入。整個設(shè)計過程能夠培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的思想，學(xué)會使用機械設(shè)計手冊，查詢相關(guān)文獻，提高分析和解決問題的能力，加 深機械設(shè)計的相關(guān)知識，為以后的實際工作奠定堅實的基礎(chǔ)。
1.2減速器研究現(xiàn)狀
20 世紀 70－80 年代，世界上減速器技術(shù)有了很大的發(fā)展，且與新技術(shù)革命的發(fā) 展緊密結(jié)合。
自 20 世紀 60 年代以來，中國先后制訂了一批通用減速器的標準，除主機廠自制配套使用外，還形成了一批減速器專業(yè) 生產(chǎn)廠。全國生產(chǎn)減速器的企業(yè)有數(shù)百家，年產(chǎn)通用減速器 25 萬臺左右，對發(fā) 展中國的機械產(chǎn)品作出了貢獻。20 世紀 60 年代的減速器大多是參照蘇聯(lián) 20 世 紀 40－50 年代的技術(shù)制造的，后來雖有所發(fā)展，但限于當(dāng)時的設(shè)計、工藝水平 及裝備條件，其總體水平與國際水平有較大差距。 改革開放以來，中國引進一批先進加工裝備，通過引進、消化、吸收國外先 進技術(shù)和科研攻關(guān)， 逐步掌握了各種高速和低 速重載齒輪裝置的設(shè)計制造技術(shù)。 材料和熱處理質(zhì)量及齒輪加工精度均有較大提高， 通用圓柱齒輪的制造精度可從 JB179－60 的 8－9 級提高到 GB10095－88 的 6 級，高速齒輪的制造精度可穩(wěn)定 在 4－5 級。部分減速器采用硬齒面后，體積和質(zhì)量明顯減小，承載能力、使用 壽命、 傳動效率有了較大的提高， 對節(jié)能和提高主機的總體水平起到很大的作用。 中國自行設(shè)計制造的高速齒輪減（增）速器的功率已達 42000kW，齒輪圓周速度 達 150m/s 以上。但是，中國大多數(shù)減速器的技術(shù)水平還不高，老產(chǎn)品不可能立 即被取代，新老產(chǎn)品并存過渡會經(jīng)歷一段較長的時間。 產(chǎn)品服務(wù)領(lǐng)域涉及冶金、有色、煤炭、建材、船舶、水利、電力、工程機械 及石化等行業(yè)。我國減速機行業(yè)發(fā)展歷史已有近 40 年，在國民經(jīng)濟及國防工業(yè) 的各個領(lǐng)域，減速機產(chǎn)品都有著廣泛的應(yīng)用。食品輕工、電力機械、建筑機械、 冶金機械、水泥機械、環(huán)保機械、電子電器、筑路機械、水利機械、化工機械、 礦山機械、輸送機械、建材機械、橡膠機械、石油機械等行業(yè)領(lǐng)域?qū)p速機產(chǎn)品 都有旺盛的需求。
1.3通用減速器的發(fā)展趨勢
1、高水平、高性能：圓柱齒輪普遍采用滲碳淬火、磨齒，承載能力提高 4 倍以 上，體積小、重量輕、噪聲低、效率高、可靠性高；
2、積木式組合設(shè)計：基本參數(shù)采用優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊，零件通用性和互換 性強，系列容易擴充和花樣翻新，利于組織批量生產(chǎn)和降低成本；
3、型式多樣化，變型設(shè)計多：擺脫了傳統(tǒng)的單一的底座安裝方式，增添了空心 軸懸掛式、浮動支承底座、電動機與減速器一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型 式，擴大使用范圍。
促使減速器水平提高的主要因素有：
1、理論知識的日趨完善，更接近實際
2、采用好的材料，普遍采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件，材料和熱處理質(zhì)量控制水平 提高；
3、結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理；
4、加工精度提高到 ISO5－6 級；
5、軸承質(zhì)量和壽命提高；
6、潤滑油質(zhì)量提高。
1.4減速器設(shè)計的可行性分析
本人在大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)涉及了減速機的課程設(shè)計，專業(yè)課的學(xué)習(xí)比較全面。在校期間，曾經(jīng)有過拆裝減速機的實踐課，對減速機的箱體結(jié)構(gòu)及各組 成零件的裝配有所了解。在設(shè)計時可以參考以往的課程教材，也可以在圖書館 翻閱機械相關(guān)的設(shè)計手冊及文獻資料。我相信，在指導(dǎo)老師的引導(dǎo)和幫助下， 我一定能夠順利按時完成設(shè)計。
參考文獻：
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[2]成大先. 機械設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2004
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[6]成大先.機械設(shè)計手冊：第1～5卷[M].5版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.?
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[8]張燁.基于UG的減速器三維實體模型和運動仿真[J].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003，第2期.?
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[11] 朱孝錄.齒輪傳動設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.
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[14] 吳宗澤，羅圣國 .機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M]：3版.北京:高等教育出版社,2006.?
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[16] 張瑩，吳宗澤 .機械設(shè)計教程[M]：2版.北京: 機械工業(yè)出版社,2008.?
畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
2.1本課題的基本任務(wù)
確定傳動類型
選擇電動機的型號
計算總傳動比并分配傳動比
計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
各軸轉(zhuǎn)速
各軸的輸入功率
各軸的轉(zhuǎn)矩
直齒輪傳動的設(shè)計計算
軸的設(shè)計
聯(lián)軸器的選擇
軸承的設(shè)計計算
減速機箱體機附件的設(shè)計
潤滑與密封
繪制零件工作圖，三維圖
2.2減速器設(shè)計的重點和難點
確定傳動類型部分的重點：傳動類型一般是用傳動簡圖的形式表示的。 它是用一些簡單的機構(gòu)、構(gòu)件機運動副的代表符號表示機器的特征及傳動鏈的圖形，能準確反映運動、動力傳遞路線和各部件的組成和連接關(guān)系。傳動類型 的布置對本次設(shè)計相當(dāng)重要，必須確定好合理的傳動類型才能較好的設(shè)計減速 機的布置方式。
齒輪傳動的設(shè)計部分的重點：直齒輪傳動的設(shè)計計算、軸的設(shè)計計算。必 須設(shè)計正確地齒輪傳動才能保證整個機構(gòu)能夠滿足課題要求。如果齒輪傳動設(shè) 計不合理， 有可能造成減速機總體尺寸偏大， 傳遞的轉(zhuǎn)矩不能滿足系統(tǒng)的需要。
2.3設(shè)計減速器擬解決的主要問題
設(shè)計減速機時，應(yīng)根據(jù)任務(wù)書的參數(shù)合理地確定傳動方案。計算減速機傳動的轉(zhuǎn)矩，選擇電動機的型號，確定電動機的轉(zhuǎn)速。計算出總傳動比后，要合理地分配傳動比。
2.4設(shè)計減速器的實現(xiàn)途徑、方法和手段
（1）傳動方案的確定： 根據(jù)任務(wù)書提供的參數(shù)，參考機械設(shè)計資料，選擇合理的傳動方案。
（2）選擇電動機的型號： 首先選擇電動機的類型，然后選擇電動機功率，最后確定電動機轉(zhuǎn)速。
（3）計算總傳動比并分配傳動比：
電動機的型號選定之后，根據(jù)電動機滿載轉(zhuǎn)速和輸送帶工作機構(gòu)主動 軸的轉(zhuǎn)速,就可以算出傳動裝置的總傳動比。
計算出總傳動比后，如何合理選擇 與分配各級傳動比，應(yīng)主要考慮以下幾點：
a 、使得所設(shè)計的傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，有最小的外廓尺寸；
b、各級傳動比不應(yīng)超過其傳動比的最大值，應(yīng)該盡可能地在推薦范圍內(nèi)選?。?
c、減速機中齒輪的浸油深度應(yīng)該大致相等，以便于實現(xiàn)浸油潤滑。
完成本課題所需工作條件（如工具書、計算機、實驗、調(diào)研等） ，可能遇到 的問題以及解決的方法和措施，完成本課題所需的工作條件是：需要計算機運行 SolidWorks2012 軟件，以 及與如何學(xué)習(xí) SolidWorks 建模的教材?？赡苡龅降膯栴}是不能熟練的使用 SolidWorks 軟件完成較復(fù)雜的零部件的建模，尤其是在利用 VB 語言對關(guān)鍵零部件建模的時候會遇到許多不能預(yù)料的問題 比如宏錄制不能正常進行、運行錄制后的宏得出的結(jié)果與錄制前不一致、基準面 的選擇、在錄制宏的過程中剪切命令無法錄制等問題。解決方法和措施是：多練習(xí) SolidWorks軟件中的各項命令，使操作熟練化，以完成對二級減速器的的建模和整體的裝配。關(guān)于利用 SolidWorks 對二級減速器的問題需要多參閱和學(xué)習(xí)有關(guān)的教程，多向老師請教，以完成關(guān)鍵零部件參數(shù)化建模的任務(wù)。
工作進度計劃
2016年
2月29日 ~ 3月 20 日 學(xué)習(xí)相關(guān)軟件，查閱資料，撰寫開題報告；
3月21日 ~ 5月 20 日 熟悉開發(fā)環(huán)境，詳細設(shè)計；
5月20日 ~ 6月10日 撰寫說明書；
6月 1 日 ~ 6月5日 畢業(yè)答辯。
畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告
指導(dǎo)教師意見：
該生課題為某型號二級減速器三維設(shè)計，選題具有一定的實用價值。
該生通過查閱文獻，了解了減速器的結(jié)構(gòu)、工作原理，文獻綜述部分對減速器的發(fā)展概況作了較為完整的敘述，并明確了課題涉及的減速器三維設(shè)計的相關(guān)研究內(nèi)容。
在第二部分確定了課題的要求，給出了合理的研究方法和設(shè)計思路，并確定了正確的研究途徑。
開題報告書寫格式規(guī)范，條理清晰，基本達到要求。
同意該生開題。
指導(dǎo)教師：
2016年3月20日
所在系審查意見：
同意開題
系主任：
2016年3月22日
某型號二級減速器三維設(shè)計
摘要：在現(xiàn)在工業(yè)中，減速器作為一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，廣泛的應(yīng)用于機械工業(yè)領(lǐng)域。在國家提出制造業(yè)2025以及裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的大背景下，運用互聯(lián)網(wǎng)對機械行業(yè)進行轉(zhuǎn)型已經(jīng)變得十分重要和緊迫。“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念也應(yīng)用到重型工業(yè)當(dāng)中。
對于本課題的畢業(yè)設(shè)計，有關(guān)起重機的減速器部分，在現(xiàn)代設(shè)計方法中，運用SolidWorks軟件，AutoCAD、等繪圖軟件，進行減速器的三維建模，繪畫和生成二維工程圖。這樣的設(shè)計，可以說是大大降低了工作強度，而且提高了工作效率。
減速器在起重機中起著相當(dāng)重要的作用，比如增大輸出扭矩，降速，降低負載的慣量。在實際的生產(chǎn)生活中，不同的工作場合對減速器的要求也會因地制宜，因此，我們需要根據(jù)不同的情況來對減速器進行不同方面的設(shè)計和選擇。在本課題的畢業(yè)設(shè)計中，需要對二級減速器進行方案設(shè)計，電動機的選型，齒輪，軸承，箱體等主要結(jié)構(gòu)部件的計算和選擇。還包括減速器的三維建模和二維工程圖的繪制。
關(guān)鍵字：減速器; 三維建模; 設(shè)計計算；傳動系統(tǒng)
Three dimensional design of a type of two stage reducer
Abstract: in the present industry, reducer as an important industrial products, widely used in the field of machinery industry. In the country put forward the manufacturing industry 2025 and equipment manufacturing industry transformation and upgrading of the background, the use of the Internet for machinery industry has become very important and urgent. The concept of "Internet plus" was also applied to heavy industry.
For the subject of graduation design, the crane of the reducer part, in modern design method, using SolidWorks software, AutoCAD and other drawing software, 3D modeling of the gear reducer, painting and generate 2D engineering. This design can be said to greatly reduce the intensity of work, but also improve the efficiency of work.
Reducer plays a very important role in the crane, such as increasing the output torque, reducing speed, reducing the inertia of the load. In the actual production and life, the requirements of different working occasions on the reducer will be adapted to local conditions, so we need to make different aspects of the design and selection according to different situations. In the graduation project of this topic, we need to design the two stage reducer, the selection of the motor, the calculation and selection of the main structural components of the gear, bearing, box and so on. It also includes 3D modeling and 2D engineering drawing.
Keywords: Reducer; 3D modeling; Coupling；The transmission system
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
目 錄 III
1 引言 1
2 傳動裝置總體設(shè)計 2
2.1 傳動裝置總體設(shè)計方案 2
2.2 電動機的選擇 3
2.3 確定傳動裝置的總傳動比和分配級傳動比 4
2.4 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 4
3 減速器的設(shè)計計算 6
3.1 齒輪的設(shè)計 6
3.1.1 高速級齒輪的設(shè)計計算 6
3.1.2 低速級齒輪的設(shè)計計算 7
3.2 軸的設(shè)計及強度校核 9
3.2.1高速軸的設(shè)計及強度校核 9
3.2.2 低速軸的設(shè)計及強度校核 13
3.2.3 中間軸的設(shè)計 16
3.3 軸承的選擇與校核 18
3.4 箱體設(shè)計 19
3.5 減速器潤滑及密封的選擇 20
3.6 減速器附件的選擇及說明 21
4 減速器的三維建模 22
4.1 SolidWorks軟件 22
4.2 減速器零件建模 22
4.2.1 減速器下箱體建模 22
4.2.2 減速器上箱體建模 23
4.2.3 減速器齒輪建模 23
4.2.4 減速器軸類建模 24
4.2.5 減速器三維裝配 25
5 總結(jié) 27
參 考 文 獻 28
致 謝 30
1
1 引言
減速器作為一種動力傳遞裝置，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換，將電動機的轉(zhuǎn)數(shù)減速到所需要的轉(zhuǎn)數(shù)范圍，并得到較大轉(zhuǎn)矩。在目前關(guān)于傳遞動力和運動的裝置機構(gòu)方面，減速機的使用很普遍?？梢哉f在起重機，汽車，機電，各種機車，建筑大型器具以及機械行業(yè)用到各種加工器具、自動化設(shè)備都要用到減速器，我國減速機行業(yè)發(fā)展已有近40年的歷史，產(chǎn)品服務(wù)領(lǐng)域涉及冶金、船舶、水利、電力、煤炭、建材、工程機械及石化等各個行業(yè)。說以他有很大的需求市場。
起重機的起升、運行和回轉(zhuǎn)等機構(gòu)中都要使用到減速器，他可以選澤各種類型（專用）減速器來組成傳動部分，進行機器的運轉(zhuǎn)，在起重機行業(yè)所用到的減速器種類型號繁多，比如ZQ（JZQ）型，ZQH型標準系列減速器。QJ型、QJR型、QJS型減速器，SEW型減速器等等，而起重機用減速器根據(jù)不同的工作情況，設(shè)計規(guī)則來進行設(shè)計選型.起重機減速器的選用方法：1以輸出轉(zhuǎn)矩作為選型標準；2以輸入功率作為減速器選型標準[1]。
課程設(shè)計的目的
1)、三維設(shè)計Solid Works的使用技術(shù)在現(xiàn)代社會中應(yīng)用十分廣泛，認真學(xué)好該軟件，明白二級減速器工作的原理是什么，并且了解設(shè)計的基本方法和步驟。
2)、通過課本知識舉一反三，能夠初步了解設(shè)計內(nèi)容，進一步鞏固學(xué)到的知識并且很好的運用到實際生活當(dāng)中；
某型號二級減速器三維設(shè)計
摘要：在現(xiàn)在工業(yè)中，減速器作為一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，廣泛的應(yīng)用于機械工業(yè)領(lǐng)域。在國家提出制造業(yè)2025以及裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的大背景下，運用互聯(lián)網(wǎng)對機械行業(yè)進行轉(zhuǎn)型已經(jīng)變得十分重要和緊迫。“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念也應(yīng)用到重型工業(yè)當(dāng)中。
對于本課題的畢業(yè)設(shè)計，有關(guān)起重機的減速器部分，在現(xiàn)代設(shè)計方法中，運用SolidWorks軟件，AutoCAD、等繪圖軟件，進行減速器的三維建模，繪畫和生成二維工程圖。這樣的設(shè)計，可以說是大大降低了工作強度，而且提高了工作效率。
減速器在起重機中起著相當(dāng)重要的作用，比如增大輸出扭矩，降速，降低負載的慣量。在實際的生產(chǎn)生活中，不同的工作場合對減速器的要求也會因地制宜，因此，我們需要根據(jù)不同的情況來對減速器進行不同方面的設(shè)計和選擇。在本課題的畢業(yè)設(shè)計中，需要對二級減速器進行方案設(shè)計，電動機的選型，齒輪，軸承，箱體等主要結(jié)構(gòu)部件的計算和選擇。還包括減速器的三維建模和二維工程圖的繪制。
關(guān)鍵字：減速器; 三維建模; 設(shè)計計算；傳動系統(tǒng)
Three dimensional design of a type of two stage reducer
Abstract: in the present industry, reducer as an important industrial products, widely used in the field of machinery industry. In the country put forward the manufacturing industry 2025 and equipment manufacturing industry transformation and upgrading of the background, the use of the Internet for machinery industry has become very important and urgent. The concept of "Internet plus" was also applied to heavy industry.
For the subject of graduation design, the crane of the reducer part, in modern design method, using SolidWorks software, AutoCAD and other drawing software, 3D modeling of the gear reducer, painting and generate 2D engineering. This design can be said to greatly reduce the intensity of work, but also improve the efficiency of work.
Reducer plays a very important role in the crane, such as increasing the output torque, reducing speed, reducing the inertia of the load. In the actual production and life, the requirements of different working occasions on the reducer will be adapted to local conditions, so we need to make different aspects of the design and selection according to different situations. In the graduation project of this topic, we need to design the two stage reducer, the selection of the motor, the calculation and selection of the main structural components of the gear, bearing, box and so on. It also includes 3D modeling and 2D engineering drawing.
Keywords: Reducer; 3D modeling; Coupling；The transmission system
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
目 錄 III
1 引言 1
2 傳動裝置總體設(shè)計 2
2.1 傳動裝置總體設(shè)計方案 2
2.2 電動機的選擇 3
2.3 確定傳動裝置的總傳動比和分配級傳動比 4
2.4 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 4
3 減速器的設(shè)計計算 6
3.1 齒輪的設(shè)計 6
3.1.1 高速級齒輪的設(shè)計計算 6
3.1.2 低速級齒輪的設(shè)計計算 7
3.2 軸的設(shè)計及強度校核 9
3.2.1高速軸的設(shè)計及強度校核 9
3.2.2 低速軸的設(shè)計及強度校核 13
3.2.3 中間軸的設(shè)計 16
3.3 軸承的選擇與校核 18
3.4 箱體設(shè)計 19
3.5 減速器潤滑及密封的選擇 20
3.6 減速器附件的選擇及說明 21
4 減速器的三維建模 22
4.1 SolidWorks軟件 22
4.2 減速器零件建模 22
4.2.1 減速器下箱體建模 22
4.2.2 減速器上箱體建模 23
4.2.3 減速器齒輪建模 23
4.2.4 減速器軸類建模 24
4.2.5 減速器三維裝配 25
5 總結(jié) 27
參 考 文 獻 28
致 謝 30
III
1 引言
減速器作為一種動力傳遞裝置，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換，將電動機的轉(zhuǎn)數(shù)減速到所需要的轉(zhuǎn)數(shù)范圍，并得到較大轉(zhuǎn)矩。在目前關(guān)于傳遞動力和運動的裝置機構(gòu)方面，減速機的使用很普遍?？梢哉f在起重機，汽車，機電，各種機車，建筑大型器具以及機械行業(yè)用到各種加工器具、自動化設(shè)備都要用到減速器，我國減速機行業(yè)發(fā)展已有近40年的歷史，產(chǎn)品服務(wù)領(lǐng)域涉及冶金、船舶、水利、電力、煤炭、建材、工程機械及石化等各個行業(yè)。說以他有很大的需求市場。
起重機的起升、運行和回轉(zhuǎn)等機構(gòu)中都要使用到減速器，他可以選澤各種類型（專用）減速器來組成傳動部分，進行機器的運轉(zhuǎn)，在起重機行業(yè)所用到的減速器種類型號繁多，比如ZQ（JZQ）型，ZQH型標準系列減速器。QJ型、QJR型、QJS型減速器，SEW型減速器等等，而起重機用減速器根據(jù)不同的工作情況，設(shè)計規(guī)則來進行設(shè)計選型.起重機減速器的選用方法：1以輸出轉(zhuǎn)矩作為選型標準；2以輸入功率作為減速器選型標準[1]。
課程設(shè)計的目的
1)、三維設(shè)計Solid Works的使用技術(shù)在現(xiàn)代社會中應(yīng)用十分廣泛，認真學(xué)好該軟件，明白二級減速器工作的原理是什么，并且了解設(shè)計的基本方法和步驟。
2)、通過課本知識舉一反三，能夠初步了解設(shè)計內(nèi)容，進一步鞏固學(xué)到的知識并且很好的運用到實際生活當(dāng)中；
3)、進行方案結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)計算，并用Solid Works軟件三維建模，使學(xué)生有一個初步的設(shè)計能力，并了解減速器的基本零件。
2 傳動裝置總體設(shè)計
2.1 傳動裝置總體設(shè)計方案
1）傳動裝置的總體設(shè)計
根據(jù)設(shè)計要求，經(jīng)過資料文獻的查詢、分析，然后選定傳動裝置的總體方案；計算功率并選擇電動機；確定總傳動比和各級傳動比；計算各軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率。
2）傳動裝置的總體方案分析
為了能夠表現(xiàn)出傳動裝置、工作機和原動機之間力的傳動關(guān)系，所以擬定了此設(shè)計方案，能夠直觀的表現(xiàn)出以上的關(guān)系。將不一樣結(jié)構(gòu)類型的傳動機分別按照不同的順序或者方法結(jié)合起來，那么就可以達到我們所預(yù)想的方案。達到工作條件的方案才是合格的，這樣的方案下它的操作簡潔、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，既保證了能夠高效地工作又能夠降低成本方便修理和維護。
傳動方案圖
傳動裝置的總效率：
＝0.85；
0.995（軸承），0.97（齒輪），0.99（彈性聯(lián)軸器），0.94（工作機效率，已包含工作機軸承效率）。
2.2 電動機的選擇
根據(jù)此次設(shè)計需求以及電動機參數(shù)手冊，選用型號為Y系列三相異步交流電動機，其電壓為380V。輸出軸傳動比范圍,二級圓柱齒輪傳動比范圍，則總傳動比范圍應(yīng)為，可見電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍是： r/min
查閱機械設(shè)計手冊，符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有2900r/min的Y132S2-2、960r/min的Y132M-6、970r/min的Y160M-6、720r/min的Y160L-8這4種電機，綜合考慮電動機傳動裝置的尺寸、重量和減速器的傳動比等，選定型號Y2132M2-6,滿載轉(zhuǎn)速 =9600r/min額定功率5.5KW的電動機。
表2-1
電動機型號
額定功率kw
電動機轉(zhuǎn)速 r/min
電動機重量kg
傳動裝置的傳動比
滿載轉(zhuǎn)速
滿載電流
總傳動比
Y2132M2-6
5.5
960
12.9
84.00
18.1
電動機型號為Y2132M2-6。
圖2-1電動機示意圖
表2-2
中心高
外形尺寸
底腳安裝尺寸
地腳螺栓孔直徑
軸伸尺寸
裝鍵部位尺寸
H
L×HD
A×B
K
D×E
F×G
132
510×345
216×178
12
38×80
10×33
2.3 確定傳動裝置的總傳動比和分配級傳動比
輸出軸為工作軸，其轉(zhuǎn)速為：
電動機同步轉(zhuǎn)速
(1) 傳動裝置總傳動比：
(2)分配傳動裝置各級傳動比
根據(jù)二級齒輪減速器，按齒輪浸油潤滑要求，齒輪直徑相近的條件分配傳動比，常取，：減速器高速級傳動比，：減速器低速級傳動比。
取，，
2.4 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
（1）各軸轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
工作軸 （允許誤差為±5%；）
（2）各軸輸入功率：
Ⅰ軸 kw
Ⅱ軸
Ⅲ軸 kw
工作軸
（3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
工作軸
電動機輸出轉(zhuǎn)矩
算得的運動和動力參數(shù)列表2-3如下：
軸名
功率P（kw）
轉(zhuǎn)矩T（N·m）
轉(zhuǎn)速n
傳動比
效率
輸入
輸出
輸入
輸出
r/min
i
η
電動機軸
4.92
48.9
960.00
1.00
0.99
Ⅰ軸
4.87
48.4
960.00
5.0
0.97
Ⅱ軸
4.7
235.3
190.7
3.6
0.97
Ⅲ軸
4.54
816.5
53.05
1.0
0.99
工作機軸
4.47
804.3
53.05
3 減速器的設(shè)計計算
3.1 齒輪的設(shè)計
3.1.1 高速級齒輪的設(shè)計計算
（1）選擇材料及確定許用應(yīng)力：
小齒輪選用45，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為260HBS。
大齒輪選用45，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為230HBS。
查閱機械設(shè)計手冊得， ，，,故
查閱機械設(shè)計手冊得，，，
（2）按照齒面接觸強度設(shè)計
由表2-3可知
軸轉(zhuǎn)速軸轉(zhuǎn)矩
查閱機械課程設(shè)計簡明手冊6-22，取載荷系數(shù)，齒寬系數(shù)，
計算中心距：=139.3,圓整為140mm,
修正后的螺旋角：β=14.15°
若取，（） 則 .
法向模數(shù)，
查閱機械設(shè)計簡明手冊表6-16（GB/T1357-1987），取標準模數(shù)
計算齒輪分度圓直徑：
計算齒輪1寬度：60，齒輪2寬度55。
（3）驗算齒根彎曲強度：
查閱機械設(shè)計手冊，得齒形系數(shù),,驗算齒根彎曲強度應(yīng)按照最小齒輪計算。
齒輪的圓周速度：
，查閱機械設(shè)計簡明手冊表6-19知，可選用8級精度。
3.1.2 低速級齒輪的設(shè)計計算
1. 選擇材料及確定許用應(yīng)力：
小齒輪選用45，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為260HBS。
大齒輪選用45，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為230HBS。
查閱機械設(shè)計手冊得， ，，,故
查閱機械設(shè)計手冊得，，，
2. 按照齒面接觸強度設(shè)計
由表2-3知：，
查閱機械設(shè)計簡明手冊6-22，取載荷系數(shù)，齒寬系數(shù)，
若取，則 .
法向模數(shù)，
查閱機械設(shè)計設(shè)計簡明手冊表6-16（GB/T1357-1987），取標準模數(shù)
計算中心距：=188.58,圓整為188mm,
修正后的螺旋角：β=12.21°
計算齒輪分度圓直徑：
計算齒輪3寬度：100，齒輪4寬度
3. 驗算齒根彎曲強度：
查閱機械設(shè)計手冊，得齒形系數(shù),,驗算齒根彎曲強度應(yīng)按照最小齒輪計算。
齒輪的圓周速度：
，查閱機械設(shè)計手冊表6-19，可選用8級精度。
名稱
代號
單位
高速級
低速級
小齒輪
大齒輪
小齒輪
大齒輪
中心距
a
mm
140
188
傳動比
i
5.0
3.6
模數(shù)
mn
mm
1.5
2.5
端面壓力角
a
°
20
20
螺旋角
β
°
14.15
12.21
分度圓直徑
d
mm
46.4
233.6
81.85
294.15
齒頂圓直徑
da
mm
49.4
236.6
86.85
299.15
齒根圓直徑
df
mm
42.6
229.8
75.6
287.9
齒寬
b
mm
60
55
100
95
材料
45鋼（調(diào)質(zhì)）
45鋼（調(diào)質(zhì)）
45鋼（調(diào)質(zhì)）
45鋼（調(diào)質(zhì)）
齒面硬度
HBS
260HBS
230HBS
260HBS
230HBS
表3-1
3.2 軸的設(shè)計及強度校核
3.2.1高速軸的設(shè)計及強度校核
由前面計算可知：，，。
1. 材料選擇，確定許用應(yīng)力
材料選擇45，調(diào)質(zhì)處理。查表知，，查表知，
2. 計算基本直徑
查表，C=110（軸端彎矩較小）
。
由于安裝安裝帶輪處有鍵槽，故加大5%，則
圖3-1
3. 確定各軸段直徑
①段： ，估算。
②段：，根據(jù)油封標準。
③段：，與軸承6308配合（根據(jù)機械設(shè)計簡明手冊表8-23初選深溝球軸承63087）。
④段：，高速級齒輪的頂圓直徑。
⑤段：，
⑥段：，與軸承成對使用，與2段相同。
⑦段：d7=d3=30mm滾動軸承軸段，要求與d3軸段相同。
4. 確定各軸段長
①段：，
②段：，
③段：，
④段：，
⑤段:，
⑥段：，
⑦段：，
6. 各支撐點距離
軸承間距
聯(lián)軸器與左軸承的距離
7. 校核軸的強度
(1) 軸上受力分析如圖
圖3-2
軸1上的扭矩由表2-3可知
齒輪
圓周力
徑向力
軸向力
(2) 計算危險截面彎矩，并畫彎矩圖。
水平面如圖
水平面支反力
水平面彎矩
垂直面如圖
垂直面支反力
垂直面彎矩
合成彎矩如圖
做扭矩圖如圖
由圖可知危險截面在齒輪部位
當(dāng)量彎矩
取折合系數(shù)數(shù)，則
強度校核
，
所以原設(shè)計強度足夠，安全。
軸的受力分析圖如下：
圖3-3軸的受力分析簡圖
3.2.2 低速軸的設(shè)計及強度校核
由前面計算可知：，，。
1. 材料選擇，確定許用應(yīng)力
材料選擇：40Gr鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表知，，查表知，
2. 計算基本直徑
查表，C=110（軸端彎矩較小）
.
因為安裝聯(lián)軸器處有鍵槽，故加大5%，則，取
圖3-4
3. 確定各軸段直徑
①段： ，估算。
②段：，可與軸承6213配合（根據(jù)機械設(shè)計簡明手冊表8-23初選深溝球軸承6213）。
③段：，軸承正確安裝條件。
④段：，軸肩高度。
⑤段：，與齒輪4內(nèi)孔直徑相同。
⑥段：，與4段相同，與軸承成對使用。
⑦段：，軸3的最小直徑。
4. 確定各軸段長
①段：。
②段：，大齒輪的寬度確定。
③段：，軸環(huán)寬度。
④段：，
⑤段: ，
⑥段：，
⑦段：
總長度:
5. 各支撐點距離
軸承間距:
聯(lián)軸器與左軸承的距離:
6. 校核軸的強度
(1) 軸上受力分析如下圖：
圖3-5
軸1上的扭矩由表2-3可知
齒輪
圓周力
徑向力
軸向力
(2) 計算危險截面彎矩，并畫彎矩圖。
垂直面如圖3-3
垂直面支反力
垂直面彎矩
水平面如圖3-3水平面支反力
合成彎矩如圖3-3
做扭矩圖如圖3-3從上圖可看出危險截面在齒輪部位
當(dāng)量彎矩
取折合系數(shù)數(shù)，則
強度校核
，
所以原設(shè)計強度足夠，安全。
3.2.3 中間軸的設(shè)計
由前面計算可知：，，。
1. 材料選擇，確定許用應(yīng)力
材料選擇：45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表知，，查知，
2. 計算基本直徑
查表，C=110（軸端彎矩較小）
。
取
圖3-6
3. 確定各軸段直徑
①段： ，
②段：，根據(jù)軸承安裝條件。
③段：，齒輪三的齒頂圓直徑
④段：，高速級齒輪2孔直徑。
⑤段：，與2段相同，與軸承成對使用。
4. 確定各軸段長
①段：，深向擋油環(huán)10mm+軸承寬度27mm+外伸2。
②段：，箱體間隙20mm-擋油環(huán)10-擋油環(huán)軸向2mm。
③段：，軸肩。
④段: ,齒輪的輪轂長度。
⑤段：，軸肩。
5. 各支撐點距離
軸承間距
6. 校核軸的強度
前面我們對輸入軸和輸出軸的強度進行了強度校核，其過程前面均有，結(jié)果強度都足夠，因此下面對中間軸的強度校核，根據(jù)中間軸在整個傳動過程中的受力和作用，經(jīng)驗分析可知道中間軸強度也足夠，。
3.3 軸承的選擇與校核
前面進行了對深溝球軸承6308、6213、6207的強度校核。由前面軸計算可知，軸承所受徑向力分別為：
（6308軸承）
(6213軸承）
（6207軸承）
轉(zhuǎn)速n=1460r/min，軸頸d=40mm（6308軸承）,，
轉(zhuǎn)速n=130r/min，軸頸d=65mm（6213軸承）,，
轉(zhuǎn)速n=521r/min，軸頸d=35mm（6207軸承）,
使用壽命4年，兩班制，每班八小時，則Lh=34560h
當(dāng)量載荷:
根據(jù)機械設(shè)計簡明手冊表8-17，暫取則e=0.22。而
（6308軸承），
（6207軸承）
查表得X=0.56，Y=1.99。
（6308軸承）
（6207軸承）
（6213軸承）
即軸承在徑向力作用下的使用壽命，相當(dāng)于純徑向載荷P=1256N（6308軸承），P=2211N（6207軸承），P=2077（6213軸承）作用下的使用壽命。
6308、6207、6213軸承基本額定載荷
對于深溝球軸承
查表得6308軸承的基本額定動載荷Cr=40800N，6207軸承的基本額定動載荷Cr=25500N，6213的基本額定動載荷Cr=57200查表得，查表得，將數(shù)據(jù)代入上式可得
（6308軸承），
(6207軸承），
（6213軸承）
故在規(guī)定條件，6308、6207、6213軸承可承受的最大徑向載荷為40800N、25500、57200N遠大于軸承實際承受的徑向載荷P=3000N和P=6071N、P=5896N所選軸承合格。
3.4 箱體設(shè)計
減速器的箱體采用鑄造（HT200）制成，采用剖分式結(jié)構(gòu)為了保證齒輪佳合質(zhì)量，大端蓋分機體采用配合。
1. 機體有足夠的剛度
在機體外加肋，外輪廓為長方形，增強了軸承座剛度
2. 機體結(jié)構(gòu)有良好的工藝性.
鑄件壁厚為10，圓角半徑為R=3。機體外型簡單，拔模方便.
減速器機體結(jié)構(gòu)尺寸如下：
表3-2
名稱
符號
計算公式
結(jié)果
箱座壁厚
10
箱蓋壁厚
10
箱蓋凸緣厚度
12
箱座凸緣厚度
12
箱座底凸緣厚度
20
地腳螺釘直徑
M20
地腳螺釘數(shù)目
查手冊
6
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
M16
機蓋與機座聯(lián)接螺栓直徑
=（0.5~0.6）
M10
軸承端蓋螺釘直徑
=（0.4~0.5）
M10
視孔蓋螺釘直徑
=（0.3~0.4）
M5
定位銷直徑
=（0.7~0.8）
10
，，至外機壁距離
查機械設(shè)計指導(dǎo)書表
26
22
16
，，至凸緣邊緣距離
查機械設(shè)計指導(dǎo)書表
24
20
14
外機壁至軸承座端面距離
=++（8~12）
52
大齒輪頂圓與內(nèi)機壁距離
>1.2
10
齒輪端面與內(nèi)機壁距離
>
10
機蓋，機座肋厚
10 9
軸承端蓋外徑
+（5~5.5）
100（1軸）100（2軸）
130（3軸）
軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓距離
100（1軸）100（2軸）
130（3軸）
3.5 減速器潤滑及密封的選擇
在減速器傳動的過程中，大齒輪的圓周速度小于12m/s，所以大都會將浸油潤滑作為主要的潤滑方式，。在此期間為了保證充分的潤滑，一方面要減少攪油損失，另一方面也要求傳動件浸入油中的深度要適中，保充分浸油。油池要有一定的深度和貯油量。減速器齒輪滾動軸承的潤滑劑有幾種不同的選擇，脂潤滑劑、潤滑油劑和固體潤滑劑。具體選擇哪一種方式，這要考慮選擇何種潤滑方式，考慮齒輪的圓周速度。一般低速的大齒輪速度遠遠小于2m/s，這是就要選擇脂潤滑為宜。當(dāng)軸承選擇脂潤滑軸承的時候，需用擋油環(huán)將軸承與箱體內(nèi)部隔開，這樣可以防止稀油稀釋油脂，最好軸承與箱體內(nèi)壁保持一定的空間。
為了達到設(shè)計中對減速密封效果的要求，一般對密封件的選擇會是氈封油圈，其重要的原因是他的結(jié)構(gòu)相對來說較為簡單，能夠達到本次設(shè)計的要求，而且減速器結(jié)構(gòu)簡單也是一大要因，氈封油圈用半粗羊毛氈制成，安全可靠，本次選擇型號為氈圈51JB/TQ4606。
3.6 減速器附件的選擇及說明
1） 視孔蓋和窺視孔：
在打開頂蓋的窺視孔可以看到傳動部件棘輪帶的位置，并有足夠的空間能夠為項目投產(chǎn)，窺視孔蓋，打開窺視和身上的法蘭，有易加工表面的支承板和增強密封墊片，蓋鑄鐵平板，與M5緊固
2）油螺塞：
排油孔位于油底殼的底部，并設(shè)置在齒輪組的一側(cè)不關(guān)閉其它部件，以使油、泄油孔堵塞，所以在該孔的外壁應(yīng)提高一個由加工的塞軸承表面的頭，和油封密封圈密封。
3）油標：
油標位處在我們方便觀察減速器油面的地方。
油尺放置的不能太低，否則油會進入油尺座孔而溢出。導(dǎo)致油的外流。
4）通氣孔：
因為減速器工作時，減速器的溫度會有較大幅度的增加，這便使得壓力變大。因此，會加速窺視孔的排氣速度，這樣，就可以做到壓力平衡。
5）蓋螺釘：
在機械設(shè)計中，由于機蓋聯(lián)結(jié)凸緣的厚度要小于啟蓋螺釘上的螺紋長度，為了保證機械產(chǎn)品的安全平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)，避免螺紋被破壞，需要釘桿的頂部做成圓柱形。
6）位銷：
在實際的產(chǎn)品生產(chǎn)中，考慮到軸承座孔加工誤差的出現(xiàn)以及裝配精度的保證，所以，要安裝圓錐定位銷，來保證安裝的準確度，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
4 減速器的三維建模
4.1 SolidWorks軟件
SolidWorks軟件是由美國 Solid Works公司開發(fā)的一個三維 CAD 系統(tǒng)，是實行數(shù)字化設(shè)計的造型軟件，其應(yīng)用很廣泛的，可實現(xiàn)產(chǎn)品的三維建模、裝配校驗、運動仿真、數(shù)控加工等等，CAD技術(shù)是以二維繪圖開始，經(jīng)歷了三維框架、曲面和實體造型階段，現(xiàn)在已進入特征造型階段。特征的引入，一方面集中了新一代 CAD 系統(tǒng)，另一方面也提供了除約束的參數(shù)化設(shè)計的其他方法，方便了設(shè)計與修改，特征造型是幾何造型的自然延伸，它從工程的角度，對形體的各個組成部分及其特征進行定義，使所描述的形體信息更具工程意義。特征的引入直接體現(xiàn)設(shè)計意圖，使人易于理解，以便進行產(chǎn)品生產(chǎn)。Solid Works 軟件是一個基于 Windows 開發(fā)的三維 CAD 系統(tǒng)，容易學(xué)大習(xí)、功能特別強大，進行完三維實體模型后，可生成工程圖，簡單，方便，所以在這次設(shè)計中選擇應(yīng)用該軟件進行實體建模[2]。
本次建模選用Solid Works軟件，具體內(nèi)容是對減速器及其各零件進行建模，然后將零件組裝成完整的裝配體用于分析，再將裝配體和零件轉(zhuǎn)化為工程圖。
4.2 減速器零件建模
4.2.1 減速器下箱體建模
減速器下箱體：先將箱體的三維尺寸記下，在草圖繪制的時候先將外圍輪廓的長寬為底面繪制成為一個平面，經(jīng)過智能掃描選擇基準面，將其高度作為拉伸時的拉伸尺寸。然后通過旋轉(zhuǎn)，選擇另外的基準面對模型進行切削，打孔，即可。
圖4-1
4.2.2 減速器上箱體建模
減速箱上箱體：箱體的具體操作大致與上面相同，但在切削時得注意向下切得尺寸，打孔時注意打孔深度，倒角類型選擇等特征操作，再配合基準特征的適當(dāng)選取與參照完成模型的建立。
圖4-2
4.2.3 減速器齒輪建模
減速器齒輪：在Solid Works軟件中齒輪的畫法主要有兩種，一種是是用漸開線準確的繪制齒輪，這種方法繪制的齒輪精準，主要用于齒輪的數(shù)控機廠加工。繪制漸開線齒輪，方法復(fù)雜要求繪制水平較高。另一種是使用Tool box插件進行齒輪繪制，這種方法簡單快捷，常用用于運動模擬分析， 下面用一種方法進行齒輪的建模，
圖4-3
4.2.4 減速器軸類建模
減速器軸類：在建模操作過程中，先在草圖繪制中畫一個圓，經(jīng)過掃描，選擇合適的基準面將其拉伸，在填寫合適的尺寸，再智能掃描即繪制出軸體的模型。之后再根據(jù)工藝要求將軸體的兩個端面倒角等修飾得到軸類模型。
圖4-4
4.2.5 減速器三維裝配
零件建模完成后，要將所有零件在Solid Works中組裝成完整的減速器模型。
圖4-5
由于其畢竟還是一個主打三維建模的軟件Solid Works軟件可以直接由模型生成對應(yīng)工程圖，同時可以完成很多種特殊表達、進行標注、生成明細欄等等，它還有一個顯著特點，那就是可以實現(xiàn)模型和工程圖的聯(lián)系，修改工程圖和模型其中之一就可以讓另一個同步修改。不過，，生成的線性有很多對于標準三維圖不是很規(guī)范，所以這次工程圖的繪制選擇了結(jié)合 Solid Works和 AutoCAD一起來進行。在Solid Works內(nèi)生成二維視圖，進行剖分，局部放大，局部剖分，生成明細欄內(nèi)容，然后再在 AutoCAD 里面針對細節(jié)進行修改。
在Solid Works里面生成工程圖是是直接插入模型生成對應(yīng)視圖，然后應(yīng)用剖面圖、局部視圖、斷面剖視圖等進行修飾，得到幾乎成型的工程圖。由于應(yīng)用技巧不夠成熟，所以有的表達無法完成。
5 總結(jié)
作為一名即將走出校園，投身于社會工作崗位的大學(xué)畢業(yè)生，我知道檢驗自己的時候要來臨了， 所以，我特別重視這次畢業(yè)設(shè)計。前期查閱資料，收集信息，學(xué)習(xí)軟件，為后期工作做準備，后來真正快開始設(shè)計建模工作雖然遇到很多麻煩，但是通過老師指導(dǎo)和自己的努力，也比較順利解決了問題?，F(xiàn)在接近尾聲，我也從收獲和不足兩個方面總結(jié)自己的畢業(yè)設(shè)計過程。
從收獲上來說是巨大的，一方面我了解了起重機械相關(guān)方面的知識，尤其在卷筒組這一塊，從開始一無所知到后來認識它的結(jié)構(gòu)工作原理并能順利設(shè)計出來，我感覺只要我們努力去想辦法，我們總能了解到我們還不熟的東西，并能從中發(fā)現(xiàn)其巧妙之處。另一方面，在設(shè)計中一些地方尺寸設(shè)計遇到了不少麻煩，比如尺寸不全、結(jié)構(gòu)不清楚、等等，通過遇到的問題我慢慢學(xué)會統(tǒng)籌安排，學(xué)會了有規(guī)律地涉及步驟，不僅有條不紊，也提高了效率。還有在應(yīng)用軟件方面，一開始并不會Solid Works，后來通過學(xué)習(xí)，不斷在設(shè)計中去了解新的技巧，雖然我還是 在工程圖方面有很大問題，但是總的說來還是收獲了很多。最后在圖紙修改的時候，我不僅查閱了以前的專業(yè)課書籍，還有一些強度校核的工作都是在對以往的學(xué)習(xí)成果做一個檢驗，像互換性、工程制圖、機械設(shè)計、工程力學(xué)等等都需要掌握好。
當(dāng)然還有很多不足之處。第一就是自己對軟件掌握不熟，這對工作進程造成了很大影響，還是覺得自己學(xué)習(xí)能力欠缺，比如工程圖紙那一塊自己就不會在Solid Works里面進行修改，很多工作都是在 CAD 里面改的，十分麻煩。其次是自 己專業(yè)知識欠缺，后期的標注校核很多都遺忘了，還要自己去查閱回顧。最后是設(shè)計上沒有加入自己的創(chuàng)新，基本上是走傳統(tǒng)路線，沒有新意，沒有通過自己的了解進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
總的說來這一次是一個比較綜合的練兵，在其中發(fā)現(xiàn)問題，也收獲成果，讓我們在不斷的工作中吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，也讓我們不斷反思自己的學(xué)習(xí)。在這一過程中我 發(fā)現(xiàn)了自己欠缺的部分，也很開心可以通過老師的知道自己的努力來完成這一項任務(wù)，雖然不盡完美，但是這個過程讓我受益良多。
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致 謝
在此畢業(yè)設(shè)計的過程中得到了吳淑芳老師的耐心指導(dǎo)。她總是嚴謹細致一絲不茍的要求我們，在大家設(shè)計的過程中不論遇到怎樣的問題，她總是第一時間給予簡答并提出許多寶貴意見，總能夠引導(dǎo)我往著創(chuàng)新求新的思路上前行，并且積極帶領(lǐng)我動手實踐，全面學(xué)習(xí)Solid Works制圖軟件和word文檔的使用。在這次設(shè)計過程中由于能力有限，加上時間較為緊邊，我發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足，尤其對Solid Works制圖軟件的不熟悉，但經(jīng)過老師同學(xué)的耐心指導(dǎo)，并經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)，我發(fā)現(xiàn)有了很大的進步，而且在吳淑芳老師主動關(guān)心下，讓我感受到了老師恪盡職守，認真對待的精神。
在本次畢業(yè)設(shè)計的過程中還得到了許多同學(xué)的幫助，正是因為他們幫助和支持，我才能克服一個又一個的困難和疑惑，直至本次設(shè)計的順利完成。在此，謹向指導(dǎo)老師和親愛的同學(xué)們表示崇高的敬意和衷心的感謝！
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