专业程设计指导书
编著：温晓南、郭红、周晓东、李静
长春工业大学机电学院机械设计专业教研室
二零零四年十二月
设计任务及内容
一. 课程设计的目的
课程设计是培养工科学生设计能力的重要环节,是培养学生独立分析和解决工程实际问题的一次较全面的综合设计训练。
本次课程设计的核心目的是:通过对二级斜齿圆柱齿轮减速器的齿轮传动机构参数优化设计及计算机辅助绘图设计,使学生能够综合运用已经掌握《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，初步解决简单的工程实际问题。从而，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。 二. 设计的主要内容
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,进行减速器传动机构结构参数优化设计和典型零件计算机辅助绘图设计,具体包括以下四个设计内容:
1. 二级斜齿圆柱齿轮减速器传动齿轮机构设计的数学建模; 2. 斜齿圆柱齿轮减速器传动机构设计的相关参数计算;
材料强度、硬度、热处理方式、运动、动力学等有关参数的计算。 3. 减速器结构参数优化设计；
用高级语言编写二级斜齿圆柱齿轮减速器结构参数优化设计的软件。 4．编写绘图软件；
用高级语言编写与绘图软件AutoCAD联接的接口文件(*.SCR文件)的绘图程序，用计算机绘制典型零件——齿轮的零件图。 三. 设计的任务要求
本次课程设计的要求如下： 1. 设计说明书一份（3000字）； 2. 程序清单一份；
3. 绘制齿轮零件图（2号图）一张。
完成规定的任务后，进行设计答辩考核。 四. 设计验收方式
设计验收以设计答辩考核方式为主；以程序代码、零件图、设计说明书评审为辅的方式进行。
学生首先进行答辩，自述设计情况（十分钟），指导教师根据学生的设计情况进行提问（十分钟），并结合学生的课程设计的资料，由指导教师综合评定学生的课程设计成绩（成绩评定为优、良、中、及格、不及格五个等级）
二级斜齿圆柱齿轮减速器计算机辅助设计
本课程设计具体设计一个二级斜齿圆柱齿轮减速器系统，在给定的功率、输
入转速和总传动比等条件下，在满足强度、刚度和寿命等性能要求的条件下，使其重量轻、体积小。课程设计包括总体设计、理论设计、软件设计和绘图等几个阶段，下图描述了二级斜齿圆柱齿轮减速器齿轮传动CAD总体结构的一般过程。
开始
初始条件输入
齿轮参数计算
齿轮结构参数优化设计
写*.SCR文件 绘制齿轮的零件图 结束
一．总体设计
应用现代机械设计理论进行机械系统设计是从确定二级斜齿圆柱齿轮减速器的设计目标开始的。
首先，根据系统的使用条件、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。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。
其次，用优化设计理论对减速器进行参数设计，从而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，用高级计算机语言编写其参数化的绘图程序，绘制出其参数化的标准零件图。
二．数学建模
（一）结构模型确定
二级斜齿圆柱齿轮减速器系统的设计有多种方案，为了使所设计的减速器达到重量轻、体积小的目标，对减速器系统结构进行模型抽象，如下图：
图中AⅠ为高速级齿轮的输入轴与中间轴的中心距，AⅡ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。 （二）目标函数的确定
设计问题以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。该问题归结为使减速器的总中心距 A 总为最小。即
A总=AⅠ+AⅡ 具体为: A总?1?mn1z1?1?uⅠ??mn2z3?1?uⅡ??
2cos?公式中mn1为高速级齿轮的法面模数；mn2为低速级齿轮的法面模数；
z1为高速级齿轮传动的小齿轮齿数；z3为低速级齿轮传动的小齿轮齿数；uⅠ为高速级齿轮传动的传动比；uⅡ为低速级齿轮传动的传动比uⅡ=u总/uⅠ；β为
斜齿轮的螺旋角。 （三）变量的确定
在二级斜齿圆柱齿轮减速器设计中，mn1、mn2、z1、z3、uⅠ、β都是相互独立的变量，是设计问题中的设计变量。 （四）约束条件的确定：
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、uⅠ、β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：
1．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?kFt?u?1??zH?zE?[?]H
bd1??u可得高、低速两级齿轮传动的齿面接触强度条件约束。
2???HⅠ?d??33高速级的齿面接触强度条件为：mz?2kT?uz2z2HⅠEⅠn111Ⅰ?1?cos3??0
2???HⅡ?d??3低速级的齿面接触强度条件为：mz22HⅡEⅡzn23z33?2kT3?u?uⅠ?cos??0
式中：Ft?2T1mz ；b??dd1 ； d1?n11；k：为载荷系数；Ft：为圆周力；d1cos?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；zE ：为弹性影响系数；T1：为高速轴扭矩；T3：为低速轴扭矩。
2．齿根弯曲强度约束条件
根据齿轮传动齿根弯曲强度公式： ???F?kFtYF?YS?Y?bmn??
式中：???F：为许用弯曲应力；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。
得高速级小齿轮和大齿轮的弯曲强度条件分别为：
???F1?d??2kT1YF?1YS?1Y?122m3n1z1?cos??0
???F2?d??2kT1YF?2YS?2Y?222m3n1z1uⅠ?cos??0
低速级小齿轮和大齿轮的弯曲强度条件分别为：
专业程设计指导书
