CADCAM课程设计设计一用于带式输送机传动装置中的单级圆柱齿轮减速器.doc

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1、 CAD/CAM课程设计说明书学 院：专 业：班 级：姓 名：学 号：指导教师：设计时间：目 录第一章 CAD/CAM课程设计任务书1第二章 确定设计对象3第三章 减速器设计过程6第四章 减速器标准件选择及计算25第五章 润滑与密封 32第六章 减速器箱体设计 33第七章 附图45第八章 轴类零件的数控加工工艺设计49第九章 基于Mastercam x5的齿轮仿真加工 58第十章 设计小结 66参考资料目录 67 第一章 CAD/CAM课程设计任务书一、目的 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术已经用于研究、产品开发、制造等方面。由于这一技术将计算机高速而精确的计算能力、大容量存储和处理

2、数据的能力与人的逻辑判断、综合分析能力以及创造性思维结合起来，从而产生了巨大的威力，应用范围很广。目前，在发达国家已经形成了关于计算机辅助设计与制造的研究、开发、制造、销售以及咨询服务的新产业。本课程的任务是使学生掌握计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术的基本理论、基本知识和基本技能，学会各种常用的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术的基本方法，并具有计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）的初步能力。通过本次课程，最终获得以下能力：1、 能够使用Pro/E、UG等软件进行三维实体造型、部件或机器装配、工程图绘制方法；2、 掌握零件加工工艺编制，合理选择加工的工量器具、制定规范的工艺

3、参数，对零件进行加工；3、 能够使用MasterCAM软件进行程序的自动编程，初步掌握数控机床的加工操作，能加工实物。二、要求CAD/CAM课程设计的基本要求是结合一个典型的机械产品，综合运用计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术的基本方法，对典型的机械产品进行设计、工艺装配等。具体如下：1. 用Pro/E、UG等软件绘制零件的三维实体模型；2. 把各个零件装配成一个装配体，主要零件总和不得少于5个；3. 选取装配体中的一个关键零件，绘制其工程图，按国家标准进行要求；4. 初步掌握MasterCAM软件的应用，并能对零件进行数控加工自动编程；5. 利用数控机床加工零件；6. 设计及加工工艺

4、计算说明书要求：（1） 各个零件设计的步骤及尺寸计算，并要求一定的辅助图说明；（2） 装配体的总成图、爆炸图、各个零件的图应包含在说明书中（图要求截屏）；（3） 具体零件机加工工艺过程设计，工艺参数、工量器具的选择，要求有一定的过辅助图说明；（4） 零件的数控加工程序，仿真图片及实物照片等。三、设计任务 1.设计说明书一份；2.加工工艺计算说明书及相关的工艺卡、工艺过程卡。四、设计进度第一阶段：产品的设计计算；第二阶段：产品外形设计；第三阶段：利用Pro/E进行产品造型，各个零件的三维实体模型及最终装配体；第四阶段：绘制总成图及典型零件工程图；第五阶段：选取典型零件进行工艺分析、加工仿真；第六

5、阶段：利用程序在数控机床上加工出最终实体；第七阶段：撰写设计说明书。第二章 确定设计对象选题：设计一用于带式输送机传动装置中的单级圆柱齿轮减速器一、总体布置简图1 电动机；2传动带；3圆柱齿轮减速器；4联轴器；5滚筒；6输送胶带二、工作要求：1）工作情况：三班工作制，载荷有轻微振动。2）工作环境：室外，灰尘较大，最高环境温度40。3）动力来源：电力，三相交流，电压 380V/220V。4）制造条件：一般机械制造厂，批量生产。5）齿轮减速器浸油润滑；取大齿轮的搅油效率0.98；取滚筒输送带效率0.96。6）输送带速度允许误差5%。三、原始数据滚筒直径D（mm）：250；输送带带速V（m/s）：0

6、.8；输送带拉力F(N)：5500；使用年限（年）：8。四、减速器三维造型设计思路与基本步骤1.减速器三维造型的一般设计思路（1）设计各个单体零件部分，包括齿轮、齿轮轴、轴承、轴端、上下箱体、螺栓、螺母、垫片等。（2）设计各种组件的分装配部分。（3）进行减速器总体装配。2.减速器三维造型的一般设计过程一般情况下，减速器的造型设计步骤包括：必要设计计算、传动件造型设计、轴系零件造型设计、箱体零件造型设计、附件零件造型设计、总装、工程图。五、设计最终效果图1.装配效果图2.爆炸图（三维）第三章 减速器设计过程传动方案的拟定及说明本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第

7、一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。 带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。 齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。 减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。电动机的选择1、电动机类型的选择： Y系列三相异步电动机2、电动机功率选择：（1）传动装置的总功率：总=带轴承齿轮联轴器滚筒=0.960.980.970.990.96=0.83(2)电机所需的

8、工作功率：P=FV/1000=55000.8/10000.83=5.30KW使电动机的额定功率P=(11.3)P，由手册查得电动机的额定功率为5.5kW.3、确定电动机转速：计算滚筒工作转速：n筒=601000V/D=6010000.8/250=61.15r/min按指导书推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围Ia=35。取V带传动比Iv=24，则总传动比理时范围为I总=620。故n筒=（620）61.15=366.91223r/min符合这一范围的同步转速有750、1000r/min。根据功率和转速，由机械设计手册查出有两种适用的电动机型号：因此有两种选择方案：综合考虑电动

9、机和传动装置尺寸、重量、减速器的传动比等因素，选n=1000r/min比较合适。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y132M2-6。其主要性能：额定功率：5.5kW，满载转速960r/min，额定转矩2.0。计算传动装置的运动和动力参数一、传动装置的总传动比及其分配1、总传动比：i总=n电动/n筒=960/61.15=15.67，取i15，速度偏差为4.3%5%，所以可行。2、分配各级传动比（1） 据指导书P7表2-3，取齿轮的传动比i齿轮=5（单级减速器i=35合理）（2） 因为i总=i齿轮i带所以有i带=i总/i齿轮=15/5=3二、各轴

10、转速、输入功率、输入转矩项 目电动机轴小齿轮轴大齿轮轴滚筒转速（r/min）9603206464功率（kW）5.55.285.024.77转矩（Nm）54.714157.575749.078711.773传动比1351效率10.960.950.95传动件设计计算一. 皮带轮传动的设计计算（1）确定计算功率Pca 选择普通V带截型由课本P71表5-7得：kA=1.1Pca=kAP=1.15.5=6.05kW依据所计算的Pca及n1，由课本P68图5-7得：选用A型V带（2） 确定带轮基准直径，基准直径d1和d2，并验算带速由课本P64表5-3，初选小带轮基准直径d1=125mm验算带速vv=dd

11、1n1/601000=3.14125960/601000 m/s=6.28m/s在525m/s范围内计算从动轮的基准直径d2d2=（1-+）d1n1/n2=(1-0.02) 125960/601000mm=383.91mm+推荐一般为1%2%，则取+=0.02由课本P64表5-3，确定d2=400mm（3） 确定带长和中心矩根据课本P84式（5-14）得：由0. 7(d1+d2)a02(d1+d2) 代入数据有：367.5a0120 因此可用。（5）确定带的根数Z根据课本P69表（5-5）P0=0.11根据机械设计手册查得 P0=1.37根据课本P71表（5-8）K=0.94根据课本P70表（

12、5-6）KL=1.00 则有： Z=4.3 于是可确定带的根数为Z=5(6)确定带的张紧力F0、计算压轴力FQ F0=（-1）+qv=（-1）+0.16.28 N=163.82 N计算压轴力FQ FQ=2ZF0sin=（25163.28sin）N=1605.44 N二.齿轮设计计算1 齿轮的材料、精度等级及齿数的确定1） 材料选择及热处理；选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS。2） 精度等级选用8级精度；3） 试选小齿轮齿数z120，大齿轮齿数z2100的；4） 选取螺旋角。初选螺旋角142 按齿面接触疲劳强度设计因为低速级的载荷

13、大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算按课本式（6-21）试算，即 d11） 确定公式内的各计算数值（1） 传动比i齿=5，实际传动比i0=100/20=5，传动比误差（i-i0）/i=(5-5)/5=0%5%,因此可取传动比i=5.齿数比u=z2/z1=i=5。（2） 由课本P101表6-7查得齿宽系数=0.9（3） 转矩T1 T1=9.5510P/n=9.55105.28/320N*mm=157575N*mm（4） 载荷系数K由课本P99表6-6取K=1.2（5） 许用接触应力 =HlimZNT/SH由手册查得Hlimz1=600Mpa Hlimz2=550Mpa根据接触应力循环次

14、数公式得：NL1=60n1jth=6032083658=4.4910 NL2=NL1/5=4.4910/5=8.8910（6） 由机械设计手册查得接触疲劳寿命系数：ZNT1=0.92 ZNT2=0.98（7） 按一般可靠要求选取安全系数 SH=1.0 则有：H1Hlimz1NT1/SH=6000.92/1 Mpa=552MpaH2Hlimz2 NT2/SH=5500.98/1 Mpa=539MpaHH1/2H2/2=545.5Mpa将以上数据代入公式有：d1=75.6=71.54mm（8） 计算模数mn、齿宽、全齿高 mn=d1cos/z1=71.54cos14/20=3.47计算圆周速度v=

15、1.20m/s 计算齿宽b b=d1=0.971.54 mm=64.39 mm 计算全齿高h h=2.25 mn=2.253.47=7.80 mm 所以 b/h=64.39/7.80=8.263 按齿根弯曲疲劳强度设计由式(6-32) 1） 确定计算参数（1） 计算载荷系数及由课本P99 表6-6 取K=1.2 、=0.9（2） 计算当量齿数z1=z1/cos=20/cos14=21.89 z2=z2/cos=100/cos14=109.47（3） 查取齿形系数由课本P103表68查得Y=4.33；Y=3.96（4） 计算F由课本P103 图6-23 得：=310Mpa=210MPa所以由公式

16、 （通常情况下取1.25） 因此有：=310/1.25=248 Mpa=210/1.25=168 Mpa（5） 计算大、小齿轮的并加以比较=0.0175=0.01468 大齿轮的数值大。2） 设计计算及强度校核mn=2.87查标准模数表，取mn=2.5所以 z1=23.14，取z1=24z2=245=120 强度校核=Mpa=111.73 Mpa248 Mpa=Mpa=19.43 Mpa8*8*365=23360hII轴：2、 轴承6312的校核【大轴承】1） 径向力N5) 确定C2根据机械设计手册；得6308型的轴承的基本额定功动载荷Cr=81.8kN，基本额定静载荷C0=51.8kN。6)

17、 计算FA/C0的比值，并确定e值为，由参考书(10-5)查得e=0.217) 计算当量载荷由于，由表（10.5）查得X=0.56 Y=2.15则P=XFa+YFA=0.56*1521.4+2.15*1038.82=3085.53N6) 计算轴承寿命以及校核由参考书（10.10）得Lh=由表（10-7）查得fp=1.2，由表10.6查得ft=1【常温下工作】6308型轴承为深沟球轴承，寿命指数=3则Lh=23360h所以符合要求三.附图：1.滚动轴承63082.滚动轴承6312键联接的选择及校核计算代号直径（mm）工作长度（mm）工作高度（mm）转矩（Nm）极限应力（MPa）小齿轮轴8730（

18、单头）30323.5157.5893.814957（单头）50434.5157.5832.6大齿轮轴14978（单头）50644.5749.08104241464（单头）80567749.0847.8由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。附图：1.小齿轮与小齿轮轴联接键2.大齿轮与大齿轮轴联接键联轴器的选择 由于弹性联轴器的诸多优点，所以考虑选用它。小齿轮轴用联轴器的设计计算由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，计算转矩为 =1.5749.078=1131.78Nm所以考虑选用弹性柱销联轴器HL4（GB50014-85HL），但由于联轴器一端与电动

19、机相连，其孔径受电动机外伸轴径限制，所以选用HL5（GB50014-85HL）其主要参数如下：材料HT200公称转矩2000Nm轴孔直径，mm轴孔长， 联轴器的外直径为D=220 mm减速器附件的选择通气器由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M121.5油面指示器选用游标尺M16起吊装置采用箱盖吊耳、箱座吊耳放油螺塞选用外六角油塞及垫片M181.5附图：1.M12通气器2.游标尺M163.六角螺塞及垫片M18第五章 润滑与密封一、 齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为35mm。二、 滚动轴承的润滑由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润

20、滑。三、 润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。四、 密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。第六章 减速器箱体设计箱体是工业机械中支承和容纳其中各种运动零件的一个重要部件，其主要功能是容纳、支持其中的零部件，使它们保持一定的相对位置，以得到正常的运动关系和足够的精度。箱体在机器中还是最大的零件，对机器的总体造型和美观有着重要的作用。另外，箱体还有安全保护和密

21、封的作用，可以保护箱内不受外部环境（如尘土、异物等）的侵害和影响，又能保证操作人员不被箱内转动零件的伤害，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。箱体类零件的造型设计比较繁琐，也比较容易出错。由于使用的命令比较多，同时单一命令需要重复使用，因此用户在创建箱体三维模型时，应从整体上把握好设计原则，规划好设计步骤，从而提高设计效率。具体操作时，首先要构建箱体的整体轮廓，然后再添加局部特征。下面以减速器上箱体为例，简单讲述箱体的三维造型设计过程：1.新建文件2.拉伸箱体整体轮廓（1）绘制拉伸截面（2）确定拉伸高度3.拉伸吊耳（1）草绘拉伸截面（2）使用对称拉伸，确定拉伸高度为164.拉伸结合面（1）草绘拉伸

22、截面（2）确定拉伸高度125.拉伸去除内部材料（1）草绘拉伸截面（2）对称拉伸去除材料，确定拉伸高度112.56.拉伸轴承旁螺栓台阶（1）草绘拉伸截面（2）确定拉伸高度42（3）草绘拉伸去除材料截面（4）选择拉伸至选定曲面，确定去除材料高度（5）单侧拉伸效果（6）镜像上面的单侧拉伸，形成双侧效果7.拉伸轴承座孔（1）草绘轴承座外形截面（2）拉伸至外表面，确定拉伸高度（3）镜像到另一侧（4）草绘拉伸去除材料截面（5）确定去除材料高度222.5（6）轴承座最终效果8.窥视孔设计（1）草绘拉伸截面（2）确定拉伸高度5（3）四边倒圆角（4）草绘拉伸去除材料截面（5）确定拉伸高度至内表面9.拉伸联接螺栓

23、孔（1）草绘拉伸截面（2）拉伸去除材料至底面（3）锪孔10.放置两销轴孔同理放置另一孔。10.放置两侧筋板，效果如图：12.各轮廓倒圆角，使其变得光滑,并放置轴承端盖螺纹孔，两结合面螺栓孔，最终效果如下：用相似的方法可以设计减速器箱体的下半部分，其最终效果如下：第七章 附图1.总装图2.爆炸图（三维）3.爆炸图（二维）4.工程图15.工程图26.工程图27.工程图3第八章 轴类零件的数控加工工艺设计一.工艺设计要求本次课程设计的要求是从设计的各零件中选择一个典型零件进行数控加工工艺分析、机床加工，最终得到实体。尺寸、表面质量等应严格按图纸要求。二.加工对象本次选取的加工对象为单级直齿轮的输入轴

24、及输出轴，其实体图、零件图如下：1.输入轴、输出轴实体图2.输入轴、输出轴的零件图 由于输入轴及输出轴同属于轴类零件，因此在此我们选取输入轴作为例子来讲解轴类零件的数控加工工艺设计。由于学校只能提供最大直径为30的棒料，我们观察输入轴、输出轴的零件图，显然两轴的最大直径都大于30，故在实际中我们并不能加工出这样的两根轴。为了让零件尺寸满足我们的毛坯尺寸，在此我所做的处理是把两轴的尺寸进行同比例缩小3倍并对各尺寸进行圆整，其余要求不变。处理后的小轴零件各尺寸如下：分析：1）该轴的结构比较典型，代表了一般传动轴的结构形式，其加工工艺过程具有普遍性。在加工工艺流程中，可以采用粗车加工后进行调质处理。

25、2）图样中键槽之所以有0.04mm的对称度要求，是为了便于与齿轮的装配，键槽对称度的检查，可采用偏摆仪及量块配合完成，也可采用专用的对称度检具进行检查。3）输入轴各部同轴度的检查，可采用偏摆仪和百分表结合进行检查。三.输入轴的毛坯选择及热处理1.输入轴的毛坯选择 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件极其结构，选用棒料，铸件或锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差较大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可以改善机械性能；对于某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件。本设计中的输入轴属于一般的传动轴，外圆直径相差不大，结合实

26、际情况，选择直径为30mm的棒料，长度适当即可，材料为45钢。2.轴的热处理轴应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的热处理规范（如调质、正火、退火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜，经过一定的热处理可获得较好的切削性能及良好的机械性能。其热处理过程如下表： 通过上表可知，输入轴采用调质和局部加热淬的热处理工艺。四.输入轴的加工工艺路线设计 轴类零件的主要加工表面是外圆表面，也还有常见的特形表面，因此针对各种精度等级和表面粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。 对于普通精度的轴类零件加工，其典型的工艺路线如下： 下料热处理粗车精车铣键槽热处理磨削终检五.

27、输入轴机加工工艺过程卡工序卡片如下工序号工序名称工序内容设备名称工艺装备1下料30mmx100mm锯床普通钢直尺2热处理调质处理2832HRC3粗车夹左端，粗车右端各部，20mm见圆即可，其余均留1mm精加工余量Ck6140游标尺、九十度外圆车刀、通用夹具4精车夹左端，精车右端各部至尺寸Ck6140游标尺、九十度外圆车刀、通用夹具5粗车夹右端，粗车左端各部，留1mm精加工余量Ck6140游标尺、九十度外圆车刀、通用夹具6精车夹右端，精车左端各部至尺寸Ck6140游标尺、九十度外圆车刀、通用夹具7划线划两处键槽线8铣铣两处键槽立式铣床键槽铣刀、游标尺、组合夹具9热处理局部加热淬10磨用两顶尖装夹

28、工件，磨削至图样要求11检验按图样检查各部分尺寸精度12入库涂油入库六.其加工程序如下1.加工右端面及外圆加工程序如下：SwanSoft HNC-21T 数控报告工件信息棒料直径: 30.000长度: 100.000材料:35Mn2 合金钢（中碳）数控NC代码%0002N10 G90 G00 X50 Z50 N20 T0101 N30 M03 S400N40 G00 X32 Z2N50 G71 U1.5 R1 P60 Q140 X0.4 Z0.1 F120N60 G00 X10 Z2N70 G01 X10 Z-14N80 G01 X13 Z-14N90 G01 X13 Z-47N100 G01

29、 X17 Z-48N110 G01 X17 Z-71N120 G01 X20 Z-71N130 G01 X20 Z-88N140 G00 X24N150 G00 X24 Z4N160 G00 X0 Z4N170 G01 X10 Z-1N180 G00 X50 Z50N190 M05N200 M302.加工左端面及外圆程序如下：SwanSoft HNC-21T 数控报告工件信息棒料直径: 30.000长度: 100.000材料:35Mn2 合金钢（中碳）数控NC代码%0003N10 G90 G00 X50 Z50T0202M03 S400G00 X32 Z-12G01 X-1G00 X32G00

30、 X50 Z50 N20 T0101N40 G00 X22 Z-10N50 G71 U1.5 R1 P60 Q80 X0.4 Z0.1N60 G00 X13 Z-10N70 G01 X13 Z-24N80 G01 X20 Z-24N90 G00 X20 Z-6.5N100 G00 X0N110 G01 X13 Z-13N120 G00 X50 Z50N130 M05N140 M303.最终效果图如下：第九章 基于Mastercam x5的齿轮仿真加工本章简单介绍了直齿圆柱齿轮在Mastercam x5中的仿真加工的方法及步骤。一.加工对象直齿圆柱齿轮，其三维实体图如下：二.加工方法及步骤1.简单工艺分析序号加工内容设备刀具1铣平面数铣10平底刀2凹腔加工数铣10平底刀3孔加工数铣10平底刀4凹腔加工数铣2平底刀5齿形加工数铣2平底刀6倒角加工数铣50 2DD倒角铣刀2.仿真加工步骤（1）打开Mastercam x5界面（2）导入加工实体（3）选择铣床（选择默认）（4）设置刀具（5）材