蜗轮蜗杆减速器的建模仿真-附图

本科毕业设计（论文）

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学生毕业设计（论文）

基于Pro/E的蜗轮蜗杆减速器的

题 目 作 者 院 (系) 专 业 指导教师 答辩日期

建模与仿真 黄胜军 能源工程学院 机械设计制造及其自动化

2014年5月24日

I

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摘要

减速器是一种用于低转速大转矩的传动设备，把电动机或内燃机的动力通过减速器上的输入轴上齿数少的齿轮与齿数大的齿轮啮合达到减速的目的。蜗轮蜗杆减速器主要用来传递空间相交两轴之间的动力，它具有传动比大、结构紧凑、不需要其他机构就能实现反行程自锁等优点，因此在生活中得到了广泛的应用。但是蜗轮蜗杆减速器普遍存在着机械效率过低、传动发热量大、精度不高等缺点。这也是当前国内外致力于研究的前沿课题。Pro/ENGINEER是一种集零件设计、曲面设计、产品装配于一体的3D建模仿真软件，广泛应用于汽车、造船、航天、电子模具等行业。

本文主要研究的是蜗轮蜗杆减速器的传动特性，首先是蜗轮蜗杆减速器的设计、校核、以及结构设计；其次是基于Pro/E的零件图的建模以及蜗轮蜗杆减速器装配图、爆炸图的生成；最后利用Pro/E进行仿真，输出蜗轮蜗杆减速器中个构件的运行图像、技术参数等。

关键词：蜗轮蜗杆；减速器；Pro/E；模型；仿真

II

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Based on Pro/E modeling and simulation

of worm gear reducer

ABSTRACT

Reducer is a kind of equipment that be used of driving in low speed and high torque.The motor power or internal combustion engine by means of input shaft gear little wheel engages with large number of achieve the goal of reduction.worm gear and worm gear reducer is mainly used to transfer between axis of the intersection of space power.It has a large transmission ratio and compact structure.In the other hand,worm gear and worm gear reducer has the advantages of the stroke self-locking that needn’t other agencies.Therefore,it has widely used in the life.But there are widespread questions which low mechanical efficiency worm gear and worm reducer,transmission calorific value and the higher accuracy.This is also committed to the forefront of research topic at home and abroad at present.Pro/ENGINEER is a collection of parts design,surface design,product assembly in the integration of 3D modeling and simulation software,widely used in automobile,Shipbuilding aerospace,electronic mold and other industries.

This paper mainly studies transmission characteristics of worm gear and worm reducer.In the first,I designed the worm gear and worm reducer and checked the stronger and design the structure.The second first is the part drawing based on Pro/E modeling and the production of worm gear and worm reducer assembly drawing,explosion.In the end,I will product running image and technical parameter about worm gear and worm reducer based on Pro/E simulation.

Keywords:worm gear and worm reducer;Pro/E;model;simulation

III

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目录

摘要 ................................................................................................................................................. II ABSTRACT .................................................................................................................................... III 1.绪论 ............................................................................................................................................... 1

1.1 课题研究的背景 ................................................................................................................ 1 1.2 减速器的国内外研究现状 ................................................................................................ 1 1.3 课题研究的目的和意义 .................................................................................................... 2 1.4 研究内容 ............................................................................................................................ 2 2.减速器传动装置的总体设计 ........................................................................................................ 5

2.1 已知参数 ............................................................................................................................ 5 2.2 传动装置总体设计 ............................................................................................................ 5 2.3 传动零件的设计计算 ........................................................................................................ 6

2.3.1 蜗轮蜗杆的传动设计 ............................................................................................. 6 2.3.2 蜗轮蜗杆的尺寸设计 ............................................................................................. 7

3.蜗杆、蜗轮轴的基本尺寸设计 .................................................................................................. 15

3.1 蜗杆轴基本尺寸设计 ...................................................................................................... 15 3.2 蜗轮轴的基本尺寸设计 .................................................................................................. 16 3.3 按照弯扭合成应力校核轴的强度 .................................................................................. 19 3.4 蜗轮轴的轴承选择与校核 .............................................................................................. 22 3.5 蜗杆轴的轴承选择与校核 .............................................................................................. 26 3.6 键的选择与校核 .............................................................................................................. 29

3.6.1 蜗轮与轴配合采用平键连接 ............................................................................... 29 3.6.2 蜗轮轴与联轴器之间用键连接 ........................................................................... 30 3.6.3 蜗杆轴与联轴器之间用键连接 ........................................................................... 30

4.蜗轮蜗杆减速器箱体及其他辅助零件设计、装配 .................................................................. 31

4.1 密封圈的选择 .................................................................................................................. 31 4.2 弹簧垫圈的选择 .............................................................................................................. 32 4.3 箱体尺寸设计 .................................................................................................................. 33 4.4 轴承端盖的设计 .............................................................................................................. 37 4.5 蜗轮蜗杆减速器装配图 .................................................................................................. 39 5 蜗轮蜗杆减速器的运动分析 ..................................................................................................... 41

5.1 新建组件文件 .................................................................................................................. 41 5.2 向组件中添加减速器零件 .............................................................................................. 41 5.3 定义齿轮副连接 .............................................................................................................. 42 5.4 定义伺服电机 .................................................................................................................. 43 5.5 运动学分析 ...................................................................................................................... 49 5.6 进行回放与视频制作 ...................................................................................................... 51 5.7 生成分析测量结果 .......................................................................................................... 51 总结 ................................................................................................................................................ 54 参考文献......................................................................................................................................... 55 致 谢 .............................................................................................................................................. 56

IV

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1.绪论

1.1 课题研究的背景

减速器多以蜗轮蜗杆、齿轮传动为主，但是比重小、功率低、传动比大、传动效率低等问题依然普遍存在，这也是制约减速器发展的一个主要的因素。随着计算机技术的迅速发展，逐渐将计算机辅助机械设计、计算机辅助制造、及其优化设计应用于蜗轮蜗杆减速器的设计中，提高了设计精度，避免了人为误差。通过本课题的研究，将进一步对这一技术进行深入地了解和学习。

1.2 减速器的国内外研究现状

我国从20世纪60年代初开始，由第一机械工业部机械科学研究院开展平面涡轮的研究工作，1964年合作研制成中心距为540mm的平面涡轮副，用于30t的转炉中。目前我国已经成功研制成功中心距为1200mm和700mm的平面包络环面蜗杆传动装置，而且利用计算机对蜗杆副齿形进行优化设计选择，用机械CAD对蜗杆副、减速器及涡轮滚刀进行辅助设计，用环面蜗杆专用机床及独特的工艺路线，对蜗杆及蜗轮滚刀进行与其成型原理完全一致的加工，不需任何的修形。

齿轮减速器是一种广泛用于国防、宇航、交通、建筑、冶金、建材、矿山等领域的重要装备，20世纪80年代以来，世界齿轮减速器技术有了很大的发展，产品的发展总趋势是小型化、高速化、低噪声、和高可靠性，技术发展中最引人注目的是硬齿面技术、功率分支技术和模块化设计技术。硬齿面技术就是采用优质合金刚锻件、渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮，磨齿精度不低于ISO1328-1975的6级，综合承载能力为中硬齿面调质齿轮的3～5倍。一个中等规格的硬齿面减速器的重量仅为中硬齿面减速器的1/3左右，且噪声低、效率高、可靠性高。其传动的速度和功率范围很大，传动效率高，一对齿轮可达到98～99%，互换性好装配和维修较为方便，可进行变位切削及各种修形、修缘，从而提高传动质量，在给类齿轮在应用最为广泛。

功率分支技术主要指形星及大功率齿轮箱的功率双分支及多分支装置，其核心技术是均衡，广泛应运于冶金、矿山、电功、起重、运输、石化、轻功机械等具有极强的通用性和互换性，大大减少了部件的制造程序，提高了效率。

模块化设计技术已经成为齿轮减速器发展的一个主要方向，他旨在追求高性能的同时，尽可能减少零件及毛坯的品种规格和数量，以便组织生产、降低成本，

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