《第一组设计说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一组设计说明书（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、长春工业大学机电工程学院课程设计机械设计专业课程设计说明书设计题目：二级斜齿圆柱齿轮减速器齿轮传 动参数化设计及计算机辅助设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计 姓 名： 王兴旺 指导教师： 温晓南 周晓东 2009年12月16日目录 第一章 设计目的及任务 .3 第二章 方案论证 .4 第三章 具体方案 .5 第四章 结果分析 .20 第五章 课设总结 .21 第六章 心得体会 .22 第七章 参考文献 .23 第一章 设计目的 1.1进一步了解CAD技术和CAD系统的特点和应用,熟悉并掌握用CAD进行机械设计的方法和步骤。 1.2 加深对机械优化设计的方法基本理论和算法步骤的理解
2、。 1.3掌握常用的优化方法程序的使用和AUTOCAD软件绘制零件图的方法。 1.4培养独立编制计算机程序的能力。 1.5该减速器的优化设计可概括为当载荷一定时，体积最小或重量最轻。 1.6在学生学习基础理论课和专业技术的基础上，培养理工科学生综合运用所学知识进行计算机辅助机械设计训练的重要环节，是培养大学本科生独立地面对实际问题、分析问题、解决问题等方面的能力的一次较全面的综合训练。设计任务通过对二级斜齿圆柱齿轮减速器的齿轮传动机构的参数优化设计及计算机辅助绘图设计，使学生能够在综合运用已经掌握的机械优化设计和计算机辅助设计等专业课程的基本理论和方法的基础上，初步解决简单的工程实际问题，从而
3、培养和提高学生独立分析、解决工程实际问题能力，为后续的毕业设计及毕业后参加实际工作打下坚实的基础。 第二章 方案论证 本次课程设计的核心内容是以二级斜齿圆柱齿轮减速器为对象，对减速器的齿轮传动机构进行齿轮结构参数优化设计和典型零件齿轮的参数化计算机辅助绘图设计，具体包括以下几个内容：1 熟悉课程设计的相关资料、确定设计方案；2 建立二级斜齿圆柱齿轮减速器齿轮传动机构设计的数学模型；3 进行减速器传动机构设计的相关参数计算和编程；设计、编写齿轮的材料强度、硬度、热处理方式、运动学等方面的有关参数数表、图表、计算的计算程序。4 减速器齿轮传动机构的结构参数优化设计；选用约束优化设计的复合型方法，用
4、VB语言编写二级斜齿轮减速器结构参数优化设计。5 绘制典型零件图，此设计以齿轮零件为二级齿轮的典型传动部件，每人用计算机绘制典型零件-齿轮的零件图。以优化设计的齿轮参数结构，用VB语言编写在绘图软件AutoCAD环境下的可执行的绘图程序*.SCR文件。第三章 设计过程3.1二级斜齿圆柱齿轮减速器总体设计开始初始条件输入齿轮参数设计齿轮参数优化设计写*.SCR文件绘制齿轮零件图结束 图一 齿轮减速器总体结构设计框图本课程设计具体设计一个二级斜齿圆柱齿轮减速器系统，在给定功率、输入转速和总传动比的条件下，要求在满足强度刚度和寿命的性能要求的情况下，使其重量轻，体积小。本设计以二级斜齿圆柱齿轮减速器
5、的传动机构的重量轻为设计目标，进行减速器传动系统设计，具体包括数学建模、理论设计、软件设计、和绘图等内容。图一描述了二级斜齿圆柱齿轮减速器齿轮传动设计的总体结构和步骤。在进行齿轮减速器传动系统设计之前，必须根据系统设计目标、使用条件、工作环境、经济技术水平等要求提出合理、可靠、经济、详实的技术指标。在此基础上，对研究对象进行科学的数学抽象，建立理论上合理、技术上先进、经济上可行的设计模型。从而运用优化设计原理对减速器传动机构进行参数化设计，以确定齿轮减速器的结构参数。最后，对齿轮减速器的典型零件齿轮进行结构化设计，并以CAD设计理论，用高级计算机语言编写其参数化绘图程序，绘制出其参数化的齿轮零
6、件图。 3.2二级斜齿圆柱齿轮减速器传动机构参数设计数学建模3.2.1确定减速器道德结构模型由给定功率（P），输入转数（N1），总传动比（UU）在满足了强度，刚度，寿命的条件下使重量最轻，体积最小。在此规划问题中我们把对设计效果影响较大的需要优选的独立参数，取做设计变量。他们为齿数，模数，螺旋角 X=X1,X2,X3,X4,X5,X6T=mn1,Z1,mn2，Z3,u1,T 本设计以二级斜齿圆柱齿轮减速器的传动机构的总量最轻、体积最小为设计目标，进行减速器传动系统设计，具体包括数学建模，理论设计，软件设计和绘图等内容。为了使所设计的二机斜齿圆柱齿轮减速器达到总量最轻、体积最小的目标，对减速器进
7、行模型抽象，如图二所示。图二中，1#齿轮为高速级传动输入齿轮、2#齿轮为高速级传动输出齿轮、3#齿轮为低速级传动出入齿轮、4#齿轮为低速级传动输出齿轮：A1为高速级齿轮的输入轴和中间轴的中心距，A2为低速级齿轮的中间轴与输出轴的中心距，A总为二级齿轮减速器的总中心距 图2 二级斜齿圆柱齿轮减速器设计的结构模型 由：A总=A1+A2 F(X)=A1+A2A1=Z1+Z2Mn12COS=u1+1Z1Mn12COS, A2=Z3+Z4Mn22cos=uu1+1Z3Mn22cos得目标函数A总=12cosMn1Z11+u1+Mn2Z3(1+Uu1)其中Z1: 高速小齿齿数 Z3：低速级小齿轮齿数 U1
8、:高速级传动比 U2:低速级传动比 Mn1：高速齿轮法面模数 Mn2:低俗齿轮法面模数 ：斜齿螺旋角取设计变量X=X1,X2,X3,X4,X5,X6T=mn1,Z1,mn2，Z3,u1,TF(X)=A1+A2Min可得F(X)=X1,X21+X5+X3X4(1+UUX5)2COS(X6)Min3.2.2目标函数的确定 将设计问题中对二级齿轮减速器的重量最轻、体积最小的要求作为设计目标。并将该问题归结为是减速器的总中心距A总为最小。即 A总=A1+A2Min 具体为： A总=12cosmn1z11+1+mn2z31+2Min式中mn1为高速级齿轮法面模数；mn2 为低速级齿轮法面模数；为斜齿轮螺
9、旋角 z1为高速级齿轮的小齿轮齿数； z3为低速级齿轮的小齿轮齿数； 1为高速级齿轮传动的传动比； 2低速级齿轮传动的传动比2=总1。3.2.3变量的确定在二级斜齿圆柱齿轮减速器的设计中，mn1、mn2、z1、z2、1、都是相互独立的变量，是设计问题的设计变量。 3.2.4确定约束条件在二级斜齿圆柱齿轮减速器设计中，为保证减速器正常工作，对参数mn1、mn2、Z1, Z3, u1,的取值有许多限制条件。例如：齿轮啮合，运动必须满足齿面接触强度，齿根弯曲强度及中间轴的大齿轮与低速轴不发生干涉等。由此可建立性能约束条件如下：齿面接触强度约束条件根据齿轮传动中，齿面接触强度公式： H=kF1(u+H
10、1)bd1uZHZEH式中：Ft=2T1d1 ; b=dd1 ; d1=Mn1Z1COS ; k为载荷系数；Ft圆周力；b为齿宽；d为齿宽系数；d1为分度圆直径；为端面重合度；H为许用接触应力；Zh为节点区域系数；Z e为弹性影响系数，T1为高速轴扭矩；T3为低速轴扭矩。可以得到高，低速两级齿轮传动的齿面约束条件两个高：G1 (x)=(H12 d)/(ZH12 ZE12)Mn13Z13-2KT1(U1+1)COS30低：G2 (X)=H22dZH22 ZE22 Mn23Z33-2KT3U+U1COS3齿根弯曲强度约束条件根据齿轮传动齿根弯曲强度公式；FkFtYfYsYbMn其中：F为许用弯曲应
11、力；Yf为齿形系数，Ys为应力集中系数；Y为螺旋角影响系数，其余同接触强度公式。 可以得到高，低速两级大小齿轮和齿轮的弯曲强度条件共四个。高： G3(X)=（F1d2KT3YFa1Ysa1Y1Mn13Z12-cos20 G4(X)= (F1d2KT3YFa1Ysa1Y1Mn13Z12-cos20低： G5 (X)= F3d2KT3Yf1Ys1Y1Mn23Z32-cos20 G6 (X)= F4d2KT3YF4YS4Y4Mn23Z32U2-cos20不干涉约束条件根据运动不干涉原理建立不干涉条件约束条件 A2-da2/2-S0A2 =(Z3+Z4)Mn2)/2COS=UU1+1Z3MN12COS
12、de2=Z1MN1U1COS+2hamn1 mn2Z31+U2-2COSS+mn1-mn1Z1U10 式中A2为中间轴与低速轴的距离； da2为中间轴大齿轮的齿顶圆直径；S为低速轴轴心线与中间轴大齿轮齿顶间的距离设计变量的边界约束条件考虑到传动平衡，轴向力不可太大；满足短时间过载条件；高速级与低速级的大齿轮浸油深度大致相近；轴齿轮的分度圆尺寸不能太小等因素应建立边界约束条件： a1Mn1b1 2Mn15 a2Z1b2 17Z130 a3Mn2b3 3.5Mn27 a4Z3b4 17Z330 a5u1b5 2.8u14.5 a6b6 8o15o 3.2.5 标准设计 为了便于设计，将上述二级斜齿圆柱齿轮减速器系统的设计的数学模型标准如下： 设计变量记为：X=X1, X2, X3, X4, X5, X6T =Z1, Mn1 , Z3, Mn2, U1, T目标函数 二级圆柱齿轮减速器优化设计目标函数： f(x)=f(X1, X2, X3, X4, X5, X6)约束条件 设计应满足的约束条件为：通过以上的约束条件可以建立一个具有六个设计变量，十三个约束条件的单目标非线性规划问题。即：F(X)=X1X21+X5+X3X4(1+UUU5)
