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1、0编号： 毕业综合实践报告毕业综合实践报告报 告 题 目 ：基于 CAD 的一级减速器设计 设 计 者 ： 指 导 教 师 ： 院 系 ： 机 电 工 程 系班 级 ： 12 级 1 班学科、 专业 ： 汽车运用技术北京工业大学通州分校2014 年 5 月北京工业大学通州分校毕业综合实践报告1摘要本文以一级减速器机构为研究对象，以 CAD2010 为画图软件，并结合给定相关参数， 建立了圆柱齿轮的参数化设计，通过该系统可以快速完成不同参数的圆柱齿轮的图纸。 使用 CAD 软件对一级直齿减速器进行设计，并对主要零部件进行了强度校核。 第一，计算传动装置的运动和动力学分析，包括转速、功率、转矩的计
2、算；第二进行齿轮传动的设计，包括计算分度圆直径、确定模数、并校核齿根弯曲疲劳强度、齿轮的几何尺寸、齿轮精度校核；第三传动轴的设计，包括高速轴和低速轴的设计并校核危险截面；第四滚动轴承和箱体的设计；最后，根据上述计算得出的参数，绘制一级直齿减速器的二维工程图纸。关键词：减速器设计，运动和动力学分析，齿轮传动，传动轴设计，二维工程图北京工业大学通州分校毕业综合实践报告2目录摘要.1 目录.2 1. 绪论4 1.1 选题背景 4 1.1.1 汽车上的齿轮传动装置简介 .4 1.1.2 AutoCAD 简介.5 1.2 研究内容 5 2. 传动装置的运动和动力学分析6 2.1 参数和传动方案 6 2.
3、2 动力和运动分析 6 2.2.1 转速 .6 2.2.2 功率 .7 2.2.3 转矩 .7 2.3 本章小结 8 3. 齿轮传动的设计9 3.1 齿轮参数的初步确定 9 3.2 模数的确定 9 3.2.1 计算分度圆直径 .9 3.2.2 模数的选择 .9 3.3 按齿根弯曲疲劳强度校核 103.4 齿轮的几何尺寸 10 3.5 齿轮精度校核 11 3.6 本章小结 11 4. 传动轴的设计13 4.1 高速轴的设计 13 4.1.1 估算最小直径 .13 4.1.2 轴各段直径和长度的确定 .13 4.1.3 高速轴危险截面校核 .14 4.2 低速轴的设计 16 4.1.1 估算最小直
4、径 .16 4.1.2 轴各段直径和长度的确定 .16 4.1.3 低速轴危险截面校核 .17 4.3 本章小结 .20 5. 滚动轴承及箱体的设计21北京工业大学通州分校毕业综合实践报告35.1 滚动轴承的设计 21 5.1.1 高速轴上的滚动轴承设计 .21 5.1.2 低速轴上的滚动轴承设计 .21 5.2 箱体的设计 21 5.2.1 箱体总体尺寸和螺栓设计 .21 5.2.2 箱体吊耳设计 .22 5.2.3 轴承端盖设计 .22 5.3 润滑与密封 22 5.3.1 润滑 .225.3.2 密封 .23 5.4 极限与配合、形位公差和表面粗糙度的选择 23 5.4.1 极限与配合
5、.23 5.4.2 形位公差 .23 5.4.3 表面粗糙度选择 .24 5.5 本章小结 24 结论.27 致谢.28 参考文献.29 附录.30北京工业大学通州分校毕业综合实践报告41. 绪论1.1 选题背景1.1.1 汽车上的齿轮传动装置简介中国百年追求富强的强国之路，是与开放、共享人类进步思想紧密联系在一起的， 而中国的汽车工业在最近这快速增长的三十年，逐渐走进中国的千家万户。在我国，经 过了三十年的发展，产能和质量逐年上升，汽车产业已经成为了支柱产业。据中国汽车 工业协会统计分析，2013 年 12 月，汽车产销保持稳定增长，当月产销再创月度新高。 2013 年，汽车产销双双超过 2
6、000 万辆，增速大幅提升，高于年初预计，并且再次刷新全 球记录，已连续五年蝉联全球第一1 。图 1.1 汽车主减速器 圆柱齿轮减速机，是一种动力传达机构，其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，并得到较大转矩的装置,是原动机和工作机之间的独立的闭式传 动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。主要用于带式输送机及各种运输 机械，也可用于其它通用机械的传动机构中。它具有承载能力高、寿命长、体积小、效 率高、重量轻、噪声低等优点，用于输入轴与输出轴呈垂直方向布置的传动装置中。北京工业大学通州分校毕业综合实践报告5图 1.2 节气门1.1.2 AutoCAD 简介Auto
7、CAD（Auto Computer Aided Design）是 Autodesk（欧特克）公司首次于 1982 年 开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。 现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD 具有良好的用户界面，通过交互菜单 或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很 快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提 高工作效率。AutoCAD 具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和 工作站上运行2。 本文结合给定参数，使用 CAD 软件对一级直齿减速器进行
8、设计，并对主要零部件进 行了强度校核，为汽车主减速器及汽车上其它齿轮传动零部件的设计奠定基础。1.2 研究内容本文以一级减速器机构为研究对象，以 CAD2010 为画图软件，并结合给定相关参数， 建立了圆柱齿轮的参数化设计，通过该系统可以快速完成不同参数的圆柱齿轮的图纸。 主要内容如下： （1）通过给定的参数，并计算出相关的数据，然后进行运动和动力设计； （2）根据给定的参数，并且结合上面所算出数据，对主要零部件尺寸进行设计，并对强 度进行校核； （3）根据计算出的零部件尺寸，绘画出各零部件和一级减速器的二维图纸。北京工业大学通州分校毕业综合实践报告62. 传动装置的运动和动力学分析2.1 参
9、数和传动方案 选用 Y 系列三相异步电动机（Y132.M1-6） ，其技术数据：额定功率为 5.5kw，满载 转速为 960r/min，V 带连接，其中 V 带的传动比为 2.5，一级直齿减速器齿轮的传动比为 5。传动方案如下图所示：图 2.1 传动方案2.2 动力和运动分析2.2.1 转速由满载转速和 V 带传动比计算高速轴转速：(2.1)1,wnni其中，为高速轴转速；为额定转速； 为 V 带的传动比。本文中=960r/min，1nwn,iwn=2.5，代入式(2.1)，求得高速轴转速=384r/min。,i1n北京工业大学通州分校毕业综合实践报告7由高速轴和一级直齿减速器齿轮的传动比计算
10、低速轴转速：(2.2)1 2nni其中，为高速轴转速； 为一级直齿减速器齿轮的传动比。将和 的数据代入式2ni1ni(2.2)，得到低速轴转速=76.8r/min。2n2.2.2 功率由给定的电动机额定功率和各零件传动效率计算两轴功率。 高速轴输入功率：(2.3)114wpp 其中，为高速轴输入功率；为额定功率；为 V 带传动效率；为联轴器传动1pwp14效率。由文献3表 2-3 查得：，=0.98。电动机额定功率为 5.5kW，将数据10.964wp代入式(2.3)，计算得到高速轴输入功率为 5.17kW。1p高速轴功率：(2.4) 0112pp其中，为高速轴功率；为滚动轴承传动效率。由文献
11、3中表 2-3 查得：01p2=0.99。将数据代入式(2.4)，得到高速轴功率为 5.12kW。201p低速轴功率：(2.5)02011pp其中，为低速轴功率；为闭式齿轮传动效率。由文献3中表 2-3 查得：02p3=0.97。将数据代入式(2.5)，计算得到低速轴功率为 4.97 kW。302p低速轴输出功率：(2.6)2022pp其中，为低速轴输出功率。将数据代入式(2.6)，得到低速轴输出功率为 4.92 2p2pkW。2.2.3 转矩由高速轴输入功率，低速轴功率，高速轴转速和各零件传动效率计算转矩。北京工业大学通州分校毕业综合实践报告8高速轴输入转矩：(2.7)1 1 19550 p
12、Tn其中，为高速轴输入转矩。将数据代入式(2.7)，计算得到高速轴输入转矩为1T1T128.58。N m 高速轴转矩：(2.8)0112TT其中，为高速轴转矩。将数据代入式(2.8)，得到高速轴转矩为 127.29。01T01TN m低速轴转矩：(2.9)02 02 29550 pTn其中，为低速轴转矩。将数据代入式(2.9)，计算得到低速轴转矩为02T02T618.01。N m 低速轴输出转矩：(2.10)2022TT其中，为低速轴输出转矩。将数据代入式(2.10)，得到低速轴输出转矩为 611.832T2T。N m2.3 本章小结根据上述计算得出，减速器的运动和动力学参数如表 2.1 所示
13、： 表 2.1 运动和动力设计参数功率 kw转矩 N.m轴名输入输出输入输出转速 r/min传动比电动机轴5.52.5高速轴5.175.12128.58127.29384低速轴4.974.92618.01611.8376.85北京工业大学通州分校毕业综合实践报告93. 齿轮传动的设计3.1 齿轮参数的初步确定由参考文献4表 11-1 可知齿轮轴小齿轮 45#调制，齿面硬度 197-286HBS，接触疲劳极限 ，弯曲疲劳极限，大齿轮用 ZG35SiMn 调制，齿面lim1620HMPa1480FEMPa硬度 241-269HBS，接触疲劳极限，弯曲疲劳极限；由参lim2620HMPa2510FE
14、MPa考文献4表 11-5 可知，安全系数为、。1.1HS1.25FS 3.2 模数的确定3.2.1 计算分度圆直径按照齿面接触疲劳强度计算分度圆直径，其表达式如下：(3.1)2013121()EHdHkTz zidi其中，为分度圆直径；为载荷系数，为齿宽系数，由文献4中表 11-6 查得齿1dkd宽系数为 1。由文献4中表 11-3 查得：为 1.5；为材料弹性影响系数，由文献4dkEz中表 11-4 查得：为 189.8；为区域系数，取值 2.5；为许用应力，其表达式为：EzHzH(3.2)limH H Hs将、代入式(3.2)可得；将、lim1620HMPa1.1HS1564HMPali
15、m2620HMPa代入式(3.2)可得。因为等于，所以取 564。将1.1HS2564HMPa2H1HHMPa数据带入式(3.1)，可得分度圆直径168.78dmm3.2.2 模数的选择小齿轮齿数，由小齿轮的分度圆直径和齿数确定模数，其表达式如下：128Z (3.3)11dmz北京工业大学通州分校毕业综合实践报告10其中，m 为模数。将齿数及分度圆直径数据带入式(3.3)中，可得模数 m=2.46，取标准值为 2.5。逆推式(3.3)，小齿轮分度圆直径。170dmm3.3 按齿根弯曲疲劳强度校核由模数可以校核齿根弯曲疲劳强度，其达式如下：(3.4)0132 12 FaSadFkTYYmz其中，
16、 为外齿轮的齿形系数，为外齿轮齿根修正系数。由文献4图 11-8 查得，FaYSaY小齿轮的齿形系数为 2.65；齿轮的齿形系数为 2.18；由文献4图 11-9 查得，小齿1FaY2FaY轮齿根修正系数为 1.62，大齿轮齿根修正系 为 1.81。1SaY2SaY为许用应力，其表达式为：F(3.5)FE F Fs将、带入式(3.5)，可得；将、160FEMPa1.25FS 1480FEMPa2510FEMPa带入式(3.5)，可得，。计算，1.25FS 1384FEMPa2408FEMPa112212FaSaFaSaFFYYYY 取较大值带入式(3.4)，计算可得，由于所取的标准模数大于计算得到的模数，因1.76m
