齒輪軸系實驗臺的設計

學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 1 頁 共 40 頁學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 2 頁 共 40 頁畢業(yè)設計說明書齒輪軸系實驗臺設計學生姓名： 學號： 學 院： 系 名： 專 業(yè)： 指導教師： 年 月機械設計制造及其自動化 學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 3 頁 共 40 頁齒輪軸系實驗臺的設計摘要：減速器是典型的機械基礎部件，被廣泛應用于各種機器中。因此減速器的結構、功能及設計一直是高校機械類專業(yè)的學生必需學習的內(nèi)容。而清楚地學習和了解其內(nèi)部結構及工作原理是進一步分析和設計減速器的關鍵。本次設計根據(jù)具體任務，設計了三種減速器。設計內(nèi)容包括傳動系統(tǒng)總體方案的確定，傳動系統(tǒng)的設計，重要零件的設計計算，以及一些輔助零件的設計，使自己對機械設計課程內(nèi)容有了更深刻的認識。初步掌握了機械設計的一般過程，提高了繪圖能力以及使用 AutoCAD 的能力.關鍵詞：AutoCAD， 減速器，傳動系統(tǒng)The Designment of The Gear Shafting Experimental EstradeAbstract: Reducer is the basis of typical mechanical components, is widely used in various machines. So a student who is major in mechanical in universities has to learn the gear structure, function and designment. It is critical to further analysis and designment of gear that clearly to learn and understand its internal structure and working principle. According to the specific task, this designment has designed three kinds of the gear. The contents of the designment include the determination of transmission systems overall program, the designment of the drive system, the designments and calculations of the important parts, and the designment of some auxiliary parts, making me do a deeper understanding for the term project on machine design. Initially grasping the general 學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 4 頁 共 40 頁process of the mechanical designment, improving the capabilities of drafting and the abilities of using AutoCAD.Key words: AutoCAD, Reducer, Transmission system目 錄1 緒論 11.1 本課題的研究背景及意義 11.2 齒輪減速器國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 21.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 21.2.2 國外研究現(xiàn)狀 31.3 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑） 31.3.1 本課題要研究或解決的問題 31.3.2 擬采用的研究手段 41.3.3 本課題的設計思路 42 減速器的概況 62.1 齒輪減速器的發(fā)展 62.2 齒輪減速器的含義、基本構造、特點及其應用 72.2.1 齒輪減速器的含義 72.2.2 齒輪減速器的基本構造 72.2.3 齒輪減速器的特點及其應用 92.3 齒輪減速器的分類 92.4 減速器的工作原理 10學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 5 頁 共 40 頁2.5 減速器的潤滑及保養(yǎng) 103 實驗臺結構參數(shù)的分析 113.1 分析各零件的作用、結構及類型 113.1.1 實驗臺的主要零部件 113.1.2 實驗臺的附件 123.2 對零件參數(shù)的設計計算 123.2.1 傳動裝置的總傳動比和分配傳動比確定 123.2.2 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 133.2.3 齒輪的設計 143.2.4 軸的設計計算 193.2.5 軸承的選用 233.2.6 鍵的設計和計算 244 確定裝配方案 244.1 齒輪傳動的確定 244.2 傳動組合的確定 254.3 軸承的確定和與軸的配合 274.3.1 軸承的確定 274.3.2 軸承的配合與固定 294.4 軸裝配方案的確定 295 結束語 32參考文獻 33致 謝 351 緒論齒輪軸系組合實驗是機械設計中重要實驗，齒輪傳動實驗臺近年來無論在臺位的大小、數(shù)目、類型和水平方面都得到了迅速的發(fā)展。在功能方向, 也從為單一的特定任務設計實驗臺而發(fā)展到設計多用途的實驗臺，但是在齒輪傳動過程中仍然存在著齒輪傳動不平穩(wěn)，傳動比不精確，工作不可靠、效率低、壽命短、使用的功率、速度和尺寸范圍狹窄等特點，因此為了解決這些問題以及進一步提高學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 6 頁 共 40 頁實驗效率和效果，在研究本課題時我們應該更加注重齒輪傳動過程中的優(yōu)化設計，使得我們設計出來的齒輪軸系實驗臺滿足此次設計要求。1.1 本課題的研究背景及意義齒輪是使用量大面廣的傳動元件。目前世界上齒輪最大傳遞功率已達 6 500kw，最大線速度達 210rn/s (在實驗室中達 300rn/s)；齒輪最大重量達 200t，最大直徑達256m(組合式)，最大模數(shù) m 達 50mm。我國自行設計的高速齒輪(增)減速器的功率已達 44000kw，齒輪圓周速度達 150m/s 以上。由齒輪、軸、軸承及箱體組成的齒輪減速器，用于原動機和工作機或執(zhí)行機構之間，起匹配轉速和傳遞轉矩的作用，在現(xiàn)代機械中應用極為廣泛。減速器是典型的機械基礎部件，被廣泛應用于各種機器中。因此減速器的結構、功能及設計一直是高校機械類專業(yè)的學生必需學習的內(nèi)容。而清楚地學習和了解其內(nèi)部結構及工作原理是進一步分析和設計減速器的關鍵。減速器作為一種重要的動力傳動裝置，在機械化生產(chǎn)中起著不可替代的作用。目前在減速器的設計領域，研究開發(fā)以產(chǎn)品設計為目標，全過程綜合應用 CAD 及其相關的一體化集成技術已經(jīng)成為必然趨勢。然而，傳統(tǒng)的減速器的設計均屬于演示型和展示型實驗，這并不便于教學，更重要的是不能充分滿足高校旨在培養(yǎng)學生動手創(chuàng)新的能力，也不能培養(yǎng)綜合型的人才。隨著中國改革開放以來，科技進步成為了第一生產(chǎn)力，把科技運用到生產(chǎn)實踐、變成現(xiàn)實的生產(chǎn)力已經(jīng)在改革開放的進程中占據(jù)著至關重要的地位，為了培養(yǎng)新型人才，從而使得中國的機械化工業(yè)更加領先，那么齒輪軸系實驗臺的設計就迫在眉睫了。本課題所要設計的齒輪軸系實驗臺對后續(xù)順利進入大學以及更高學府的學生來說進行深造是很有裨益的，我們學生在學校里面學到的大多是理論知識，而實踐這個環(huán)節(jié)又是很缺乏的，這就會有不能把所學到的知識應用到實踐中的缺陷。本課題的設計將會 為我們的后輩將來更好的完成實驗提供了一個實踐平臺，使他們更好的了解機械設計制造這門課程所要做的所要解決的問題是什么，從而為他們更深刻的理解理論知識打下堅實的基礎，也為他們走上社會工作崗位之后能夠很快的進入狀態(tài)做準備。1.2 齒輪減速器國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 7 頁 共 40 頁1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國加入世貿(mào)組織(WTO)，工程機械齒輪必須跟上整機產(chǎn)品升級換代的要求。隨著我國大功率工程機械的研制開發(fā)，中國工程機械齒輪傳動產(chǎn)品液力傳動裝置和動力換擋變速箱以及靜壓傳動裝置，將有較大的發(fā)展。我國農(nóng)用運輸車經(jīng)過加年的成長與高速發(fā)展，現(xiàn)已進入穩(wěn)定發(fā)展期，各型輪式拖拉機有向大功率發(fā)展的趨勢。因此與之配套的拖拉機齒輪企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)，將會緊緊跟上發(fā)展的步伐。隨著我國航天、航空、機械、電子、能源及核工業(yè)等方面的快速發(fā)展和工業(yè)機器人等在各工業(yè)部門的應用，我國在諧波傳動技術應用方面已取得顯著成績。同時，隨著國家高新技術及信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對諧波傳動技術產(chǎn)品的需求將會更加突出。船用齒輪箱在某些指標方面與國際先進水平尚有一定差距，但在制造精度方面及某些產(chǎn)品性能方面已接近國際水平。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，游艇、高速艇齒輪箱將會有較大的發(fā)展。面臨 2l 世紀，齒輪先進制造技術的全過程實現(xiàn)計算機信息技術與現(xiàn)代管理技術的結合，將會飛速發(fā)展。隨著我國改革開放，世界級的跨國大公司已開始大舉進軍中國市場，并以獨資、合資、合作制造等形式在我國生產(chǎn)汽車、工程機械、大型成套設備的齒輪及齒輪裝置，齒輪產(chǎn)品在我國將會有大量國際品牌加入，這必將促使我國零部件結構的大調(diào)整，車輛齒輪生產(chǎn)的專業(yè)化集中度將繼續(xù)提高。目前齒輪行業(yè)存在的低水平制造能力過剩，高水平制造能力不足的局面必須改變。中國齒輪行業(yè)在 20 世紀 90 年代的快速發(fā)展，已基本完成了由賣方市場到買方市場的轉變。隨著我國體制改革的深入，充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會作用，加強行業(yè)自律性市場約束，形成有序競爭的市場機制，是當前市場發(fā)展的迫切任務。總之，當今世界各國減速器及齒輪技術發(fā)展總趨勢是向六高、二低、二化方面發(fā)展。六高即高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高傳動效率；二低即低噪聲、低成本；二化即標準化、多樣化。減速器和齒輪的設計與制造技術的發(fā)展，在一定程度上標志著一個國家的工業(yè)水平，因此，開拓和發(fā)展減速器和齒輪技術在我國有廣闊的前景。學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 8 頁 共 40 頁1.2.2 國外研究現(xiàn)狀齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛的使用著，是一種不可缺少的機械傳動裝置。當前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問題。國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題也未解決好。最近報導，日本住友重工研制的 FA 型高精度減速器，美國 Alan-Newton 公司研制的 X-Y 式減速器，在傳動原理和結構上與平動齒輪減速器類似或相似，都為目前先進的齒輪減速器。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進材料品質(zhì)，提高工藝水平外，還在傳動原理和傳動結構上深入探討和創(chuàng)新，平動齒輪傳動原理的出現(xiàn)就是一例。減速器與電動機的連體結構，也是大力開拓的形式，并已生產(chǎn)多種結構形式和多種功率型號的產(chǎn)品。目前，超小型的減速器的研究成果尚不明顯。在醫(yī)療、生物工程、機器人等領域中，微型發(fā)動機已經(jīng)基本研制成功，美國和荷蘭近期研制的分子發(fā)動機的尺寸在納米級范圍，如能輔以納米級的減速器，則應用前景遠大。1.3 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）1.3.1 本課題要研究或解決的問題本課題所設計的齒輪軸系實驗臺主要是為了解決今年來學生做實驗時所遇到的困難的，由于大多數(shù)實驗只是老師做演示或者展示，而學生只能坐著看老師怎么做，由于條件限制而不能動手做。此次設計主要是為了解決學生在做機械課程設計時因沒有能夠具體時間而無法入手的困境，此實驗臺的設計能夠讓每一位學生在做實驗時都有機會動手做而不是光看，更重要的是解決學生不能夠很好的理解老師在課堂上所講的理論知識，還可以方便老師教學，使得教學任務能夠更好更容易的完成。1.3.2 擬采用的研究手段1.文獻資料分析通過查閱研究國內(nèi)國外的一些關于齒輪減速器的文獻資料進行分析，從而得出解決問題的方案。2.實證分析學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 9 頁 共 40 頁引用具體的事例進行剖析，說明減速器的功能作用，以及應用齒輪減速器對于機械的運行有何積極有利的作用3.綜合分析通過對文獻資料的綜合分析，可以對縱觀全局對數(shù)據(jù)進行分析，從而得出令人信服的結論1.3.3 本課題的設計思路從國內(nèi)外研究齒輪傳動的文獻資料中，我了解到齒輪減速器的種類很多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及它們互相組合起來的減速器；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐一圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。單級圓柱齒輪減速器轉齒可做成直齒、斜齒和人字齒。直齒用于速度較低（8m/s)載荷較輕的轉動；斜齒輪用于速度較高的傳動，人字齒輪用于載荷較重的傳動中，箱體通常用鑄鐵做成，單件或小批生產(chǎn)有時采用焊接結構。軸承一般采用滾動軸承，重載或特別高速時采用滑動軸承。其他型式的減速器與此類同兩級圓柱齒輪減速器展開式：結構簡單、但齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度。高速級齒輪布置在遠離轉矩輸入端，這樣，軸在轉矩作用下產(chǎn)生的扭轉變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形可部分地互相抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象。用于載荷比較平穩(wěn)的場合。高速級一般做成斜齒，低速級可做成直齒。學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 10 頁 共 40 頁分流式：結構復雜，但由于齒輪相對于軸承對稱布置，與展開式相比載荷沿齒寬分布均勻，軸承受載較均勻。中間軸危險截面上的轉矩只相當于軸所傳遞轉矩的一半。適用于變載荷的場合。高速級一般用斜齒，低速級可用直齒或人字齒。同軸式：減速器橫向尺寸較小，兩對齒輪浸入油中深度大致相同，但軸向尺寸大和重量較大，且中間軸較長、剛度差，使沿齒寬載荷分布不均勻。高速軸的承載能力難于充分利用。同軸分流式：每對嚙合齒輪僅傳遞全部荷的一半，輸入軸和輸出軸只承受扭矩，中間軸只受全部載荷的一半，故與傳遞同樣功率的其他減速器相比，軸頸尺寸可以縮小。三級圓柱齒輪減速器展開式：同兩級展開式分流式：同兩級分流式學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 11 頁 共 40 頁為了進一步提高輪傳動軸系組合實驗臺的效率和效果，作者將從以下步驟進行設計：1.根據(jù)實驗的要求設計組合至少兩種傳動軸系方案。2.根據(jù)所選擇的傳動方案，設計出軸、聯(lián)軸器、齒輪和相關零件等。3.軸承的設計及其校對。4.密封結構的選擇。5.減速器的潤滑。2 減速器的概況2.1 齒輪減速器的發(fā)展20 世紀 7080 年代，世界上減速器技術有了很大的發(fā)展，且與新技術革命的發(fā)展緊密結合。通用減速器的發(fā)展趨勢如下： 高水平、高性能。圓柱齒輪普遍采用滲碳淬火、磨齒，承載能力提高 4 倍以上，體積小、重量輕、噪聲低、效率高、可靠性高。 積木式組合設計。基本參數(shù)采用優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊，零件通用性和互換性強，系列容易擴充和花樣翻新，利于組織批量生產(chǎn)和降低成本。 型式多樣化，變型設計多。擺脫了傳統(tǒng)的單一的底座安裝方式，增添了空心軸懸掛式、浮動支承底座、電動機與減速器一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式，擴大使用范圍。 促使減速器水平提高的主要因素有：理論知識的日趨完善，更接近實際（如齒輪強度計算方法、修形技術、變形計算、優(yōu)化設計方法、齒根圓滑過渡、新結構等） 。 采用好的材料，普遍采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件，材料和熱處理質(zhì)量控制水平提高。 結構設計更合理。 學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 12 頁 共 40 頁加工精度提高到 ISO56 級。 軸承質(zhì)量和壽命提高。 潤滑油質(zhì)量提高。 自 20 世紀 60 年代以來，我國先后制訂了 JB113070圓柱齒輪減速器等一批通用減速器的標準，除主機廠自制配套使用外，還形成了一批減速器專業(yè)生產(chǎn)廠。目前，全國生產(chǎn)減速器的企業(yè)有數(shù)百家，年產(chǎn)通用減速器 25 萬臺左右，對發(fā)展我國的機械產(chǎn)品作出了貢獻。 20 世紀 60 年代的減速器大多是參照蘇聯(lián) 20 世紀 4050 年代的技術制造的，后來雖有所發(fā)展，但限于當時的設計、工藝水平及裝備條件，其總體水平與國際水平有較大差距。 改革開放以來，我國引進一批先進加工裝備，通過引進、消化、吸收國外先進技術和科研攻關，逐步掌握了各種高速和低速重載齒輪裝置的設計制造技術。材料和熱處理質(zhì)量及齒輪加工精度均有較大提高，通用圓柱齒輪的制造精度可從JB17960 的 89 級提高到 GB1009588 的 6 級，高速齒輪的制造精度可穩(wěn)定在 45 級。部分減速器采用硬齒面后，體積和質(zhì)量明顯減小，承載能力、使用壽命、傳動效率有了較大的提高，對節(jié)能和提高主機的總體水平起到很大的作用。 我國自行設計制造的高速齒輪減（增）速器的功率已達 42000kW ，齒輪圓周速度達 150m/s 以上。但是，我國大多數(shù)減速器的技術水平還不高，老產(chǎn)品不可能立即被取代，新老產(chǎn)品并存過渡會經(jīng)歷一段較長的時間。 2.2 齒輪減速器的含義、基本構造、特點及其應用2.2.1 齒輪減速器的含義齒輪減速器又稱減速機、減速箱。是一臺獨立的傳動裝置。常安裝在電動機（或其他原動機）與工作機之間，起降低轉速和相應增大轉矩的作用。在某些情況下，也用來增速，這時則稱為增速器。 2.2.2 齒輪減速器的基本構造齒輪減速器主要由傳動零件（齒輪或蝸桿） 、軸、軸承、箱體及其附件組成。其基本機構有三大部分：齒輪、軸及軸承組合：小齒輪與軸制成一體，稱齒輪軸，這種結構用于齒輪直徑與軸的直徑相關不大的情況下，如果軸的直徑為 d，齒輪齒根圓的直徑為 df，則當 df-d67mn 時，應采用這種結構。而當 df-學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 13 頁 共 40 頁d67mn 時，采用齒輪與軸分開為兩個零件的結構，如低速軸與大齒輪。此時齒輪與軸的周向固定平鍵聯(lián)接，軸上零件利用軸肩、軸套和軸承蓋作軸向固定。兩軸均采用了深溝球軸承。這種組合，用于承受徑向載荷和不大的軸向載荷的情況。當軸向載荷較大時，應采用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承或深溝球軸承與推力軸承的組合結構。軸承是利用齒輪旋轉時濺起的稀油，進行潤滑。箱座中油池的潤滑油，被旋轉的齒輪濺起飛濺到箱蓋的內(nèi)壁上，沿內(nèi)壁流到分箱面坡口后，通過導油槽流入軸承。當浸油齒輪圓周速度 2m/s 時，應采用潤滑脂潤滑軸承，為避免可能濺起的稀油沖掉潤滑脂，可采用擋油環(huán)將其分開。為防止?jié)櫥土魇Ш屯饨缁覊m進入箱內(nèi)，在軸承端蓋和外伸軸之間裝有密封元件。箱體是減速器的重要組成部件。它是傳動零件的基座，應具有足夠的強度和剛度。箱體通常用灰鑄鐵制造，對于重載或有沖擊載荷的減速器也可以采用鑄鋼箱體。單體生產(chǎn)的減速器，為了簡化工藝、降低成本，可采用鋼板焊接的箱體；灰鑄鐵具有很好的鑄造性能和減振性能。為了便于軸系部件的安裝和拆卸，箱體制成沿軸心線水平剖分式。上箱蓋和下箱體用螺栓聯(lián)接成一體。軸承座的聯(lián)接螺栓應盡量靠近軸承座孔，而軸承座旁的凸臺，應具有足夠的承托面，以便放置聯(lián)接螺栓，并保證旋緊螺栓時需要的扳手空間。為保證箱體具有足夠的剛度，在軸承孔附近加支撐肋。為保證減速器安置在基礎上的穩(wěn)定性并盡可能減少箱體底座平面的機械加工面積，箱體底座一般不采用完整的平面。減速器附件：為了保證減速器的正常工作，除了對齒輪、軸、軸承組合和箱體的結構設計給予足夠的重視外，還應考慮到為減速器潤滑油池注油、排油、檢查油面高度、加工及拆裝檢修時箱蓋與箱座的精確定位、吊裝等輔助零件和部件的合理選擇和設計。1）檢查孔為檢查傳動零件的嚙合情況，并向箱內(nèi)注入潤滑油，應在箱體的適當位置設置檢查孔。檢查孔設在上箱蓋頂部能直接觀察到齒輪嚙合部位處。平時，檢查孔的蓋板用螺釘固定在箱蓋上。2)通氣器減速器工作時，箱體內(nèi)溫度升高，氣體膨脹，壓力增大，為使箱內(nèi)熱脹空氣能自由排出，以保持箱內(nèi)外壓力平衡，不致使?jié)櫥脱胤窒涿婊蜉S伸密封件等其他縫隙滲漏，通常在箱體頂部裝設通氣器。3)軸承蓋為固定軸系部件的軸向位置并承受軸向載荷，軸承座孔兩端用軸承蓋封閉。軸承蓋有凸緣式和嵌入式兩種。利用六角螺栓固定在箱體上，外伸軸處的軸承蓋是通孔，其中裝有密封裝置。凸緣式軸承蓋的優(yōu)點是拆裝、調(diào)整軸承方便，但和嵌入式軸承蓋相比，學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 14 頁 共 40 頁零件數(shù)目較多，尺寸較大，外觀不平整。4)定位銷為保證每次拆裝箱蓋時，仍保持軸承座孔制造加工時的精度，應在精加工軸承孔前，在箱蓋與箱座的聯(lián)接凸緣上配裝定位銷。安置在箱體縱向兩側聯(lián)接凸緣上，對稱箱體應呈對稱布置，以免錯裝。5)油面指示器檢查減速器內(nèi)油池油面的高度，經(jīng)常保持油池內(nèi)有適量的油，一般在箱體便于觀察、油面較穩(wěn)定的部位，裝設油面指示器。6)放油螺塞換油時，排放污油和清洗劑，應在箱座底部，油池的最低位置處開設放油孔，平時用螺塞將放油孔堵住，放油螺塞和箱體接合面間應加防漏用的墊圈。7)啟箱螺釘為加強密封效果，通常在裝配時于箱體剖分面上涂以水玻璃或密封膠，因而在拆卸時往往因膠結緊密難于開蓋。為此常在箱蓋聯(lián)接凸緣的適當位置，加工出2 個螺孔，旋入啟箱用的圓柱端或平端的啟箱螺釘。旋動啟箱螺釘便可將上箱蓋頂起。小型減速器也可不設啟箱螺釘，啟蓋時用起子撬開箱蓋，啟箱螺釘?shù)拇笮】赏谕咕壜?lián)接螺栓。2.2.3 齒輪減速器的特點及其應用特點：結構緊湊，傳遞功率范圍大，工作可靠，壽命長，效率較高，使用和維護簡單。應用：非常廣泛。它的主要參數(shù)已經(jīng)標準化，并由專門工廠進行生產(chǎn)。一般情況下，按工作要求，根據(jù)傳動比、輸入軸功率和轉速、載荷工況等，可選用標準減速器；必要時也可自行設計制造。 2.3 齒輪減速器的分類減速機是一種相對精密的機械，使用它的目的是降低轉速，增加轉矩。它的種類繁多，型號各異，不同種類有不同的用途。減速器的種類繁多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器；按照傳動級數(shù)不同可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。以下是常用的減速器分類：擺線針輪減速機，硬齒面圓柱齒輪減速器，行星齒輪減速機，軟齒面減速機 ，三環(huán)減速機，起重機減速機，蝸桿減速機，軸裝式硬齒面減速機，無級變速器學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 15 頁 共 40 頁2.4 減速器的工作原理減速器的工作原理概述：就是利用各級齒輪傳動來達到降速的目的.減速器就是由各級齒輪副組成的.比如用小齒輪帶動大齒輪就能達到一定的減速的目的,再采用多級這樣的結構,就可以大大降低轉速了. 減速機一般用于低轉速大扭矩的傳動設備，把電動機.內(nèi)燃機或其它高速運轉的動力通過減速機的輸入軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的，普通的減速機也會有幾對相同原理齒輪達到理想的減速效果，大小齒輪的齒數(shù)之比，就是傳動比。 減速機是一種動力傳達機構，利用齒輪的速度轉換器，將馬達的回轉數(shù)減速到所要的回轉數(shù)，并得到較大轉矩的機構。 減速機的作用： 在目前用于傳遞動力與運動的機構中,減速機的應用范圍相當廣泛,幾乎在各式機械的傳動系統(tǒng)中都可以見到它的蹤跡,從交通工具的船舶,汽車,機車,建筑用的重型機具,機械工業(yè)所用的加工機具及自動化生產(chǎn)設備,到日常生活中常見的家電,鐘表等等.其應用從大動力的傳輸工作,到小負荷,精確的角度傳輸都可以見到減速機的應用,且在工業(yè)應用上,減速機具有減速及增加轉矩功能,因此廣泛應用在速度與扭矩的轉換設備. 減速器是一種動力傳達的機構,在應用上于需要較高扭矩以及不需要太高轉速的地方都用的到它.例如:輸送帶,攪拌機,卷揚機,拍板機 ,自動化專用機,而且隨著工業(yè)的發(fā)展和工廠的自動化,其利用減速機的需求量日益成長.通常減速的方法有很多,但最常用的方法是以齒輪來減速,可以縮小占用空間及降低成本,所以也有人稱減速機為齒輪箱(GearBox).通常齒輪箱是一些齒輪的組合,因齒輪箱本身并無動力,所以需要驅(qū)動組件來傳動它,其中驅(qū)動組件可以是馬達,引擎或蒸汽機等.而使用減速機最大的目的有下列幾種:1.動力傳遞 2.獲得某一速度 3.獲得較大扭矩.但除了齒輪減速機外,由加茂精工所開發(fā)的球體減速機,提供了另一項價值,就是高精度的傳動,且傳動效率高,為劃時代的新傳動構造。 2.5 減速器的潤滑及保養(yǎng)在投入運轉之前，在減速機中裝入建議的型號和數(shù)值的潤滑脂。減速機采用潤滑油潤滑。對于豎直安裝的減速機，鑒于潤滑油可能不能保證最上面的軸承的可靠潤滑，因此采用另外的潤滑措施。 在運行以前，在減速機中注入適量的潤滑油，潤滑油的粘性根據(jù)以下列表選擇。減速機通常裝備有注油孔和放油塞。因而在訂購減速機的時候必須指定安裝學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 16 頁 共 40 頁位置。下表列出了一般應用中建議采用的潤滑油的牌子和型號。 注意：對于非常規(guī)工作條件的應用，請征詢制造廠的意見。 工作油溫不能超過 80。 終生潤滑的組合減速機在制造廠注滿合成油，除此之外，減速機供貨時通常是不帶潤滑油的，并帶有注油塞和放油塞。本樣本中列出的減速機潤滑油數(shù)量只是估計值。根據(jù)訂貨時指定的安裝位置設置油位塞的位置以保證正確注油，減速機注油量應該根據(jù)不同安裝方式來確定。如果傳輸功率超過減速機的熱容量，必須提供外置冷卻裝置. 減速比：輸入轉速與輸出轉速之比。 級數(shù)：行星齒輪的套數(shù)。一般最大可以達到三級，效率會有所降低。 滿載效率：在最大負載情況下（故障停止輸出扭矩） ，減速機的傳遞效率。 工作壽命：減速機在額定負載下，額定輸入轉速時的累計工作時間。 額定扭矩：是額定壽命允許的長時間運轉的扭矩。當輸出轉速為 100 轉/分，減速機的壽命為平均壽命，超過此值時減速機的平均壽命會減少。當輸出扭矩超過兩倍時減速機故障。 噪音：單位分貝 dB（A） ，此數(shù)值實在輸入轉速 3000 轉/ 分，不帶負載，距離減速機 1 米距離時測量值。 回差：將輸入端固定，是輸出端順時針和逆時針方向旋轉，當輸出端承受正負 2%額定扭矩時，減速機輸出端由一個微小的角位移，此角位移即為回程間隙。單位是“分”，即一度的 1/60。 3 實驗臺結構參數(shù)的分析3.1 分析各零件的作用、結構及類型3.1.1 實驗臺的主要零部件 軸：主要功用是直接支承回轉零件，以實現(xiàn)回轉運動并傳遞動力。本試驗臺中、除錐齒輪傳動軸為齒輪軸外、其余都屬階梯軸。分為：直齒輪用軸、錐齒輪軸、錐齒輪用軸、斜齒輪用軸、固游式蝸桿、兩端固定式蝸桿。 軸承：用來支承軸或軸上回轉零件、保持軸的旋轉精度、減小磨擦和磨損。兩級傳動中，選用 GB/T2761994 溝球軸承 6204；一級斜齒輪傳動中，選用GB/T2761994 圓錐滾子軸承 30204。學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 17 頁 共 40 頁 齒輪：用來傳遞任意軸間的運動和動力，在此起傳動及減速作用。本試驗臺中有：直齒輪（大） 、直齒輪（小） 、圓錐齒輪（大） 、圓錐齒輪（小） 。3.1.2 實驗臺的附件 鍵：用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導向。可根據(jù)軸徑進行選用，參照 GB/T1095-2003。 軸套類、聯(lián)接件及其它：甩油環(huán)、擋油環(huán)、套筒、調(diào)整環(huán)、調(diào)整墊片、壓板、圓螺母、圓螺母止動圈、骨架油封、無骨架油封、軸用彈性卡環(huán)、羊毛氈圈、螺釘、墊圈、底座。 軸承端蓋類:凸緣式悶蓋(脂用) 、凸緣式透蓋(脂用 ) 、凸緣式悶蓋(油用) 、凸緣式透蓋( 油用) 、大凸緣式悶蓋(脂用) 、大凸緣式透蓋(脂用) 、嵌入式悶蓋、嵌入式透蓋、凸緣式透蓋(迷宮) 、迷宮式軸套。 軸承座類:錐齒輪軸用套環(huán)、蝸桿用套環(huán)、錐齒輪軸用支座、直齒輪軸用支座、蝸桿軸用支座。3.2 對零件參數(shù)的設計計算考慮到該設計主要針對學生實驗，輸出的轉速較低，所用電機轉速功率都不會太高，故選用 Y132M-8 型電動機，其參數(shù)如下：3.2.1 傳動裝置的總傳動比和分配傳動比確定（1）總傳動比：i 總 =n 電動 /n 傳動 =960/60=16（2）分配各級傳動比取齒輪 i 齒輪 =2 2=4i 總 =i 齒輪 ×i 帶i 帶 =i 總 /i 齒輪 =16/4=43.2.2 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 各軸轉速電動機轉速 minr電動機型號額定功率 Pkwed同步轉速 滿載轉速電動機重量 NY132S-6 3 1000 960 63學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 18 頁 共 40 頁 960/4240 r/minn0/im 240/2120 r/min1 / 120/2=60 r/min2i 各軸輸入功率 × 3×0.962.94kWPdp1 ×22.94×0.982.74kW × 2.74×0.952.55kW3則各軸的輸出功率： ×0.98=2.94×0.98=2.88kWP ×0.98=2.74×0.98=2.68kW ×0.98=2.55×0.98=2.5kW 各軸輸入轉矩= × × N·m1Td0i1電動機軸的輸出轉矩 Td=9550Pd/nm =9550×3/1000=28.65 N·m所以輸入轉矩： × × =28.65×4×0.96=110.02N·mTd0i1 × =110.016×2×0.98=215.63N·m2 × =215.63×2×0.98=422.64N·m3輸出轉矩： ×0.98=107.82N·mT ×0.98=211.32N·m ×0.98=414.19N·m運動和動力參數(shù)結果如下表軸名 功率 P KW 轉矩 T Nm 轉速 r/min學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 19 頁 共 40 頁輸入 輸出 輸入 輸出電動機軸 3 28.65 9601 軸 2.94 2.88 110.02 107.82 2402 軸 2.74 2.68 215.63 211.32 1203 軸 2.55 2.5 422.64 414.19 603.2.3 齒輪的設計高速級齒輪傳動的設計計算 齒輪材料，熱處理及精度考慮此減速器的功率及現(xiàn)場安裝的限制，故大小齒輪都選用硬齒面漸開線斜齒輪 材料：高速級小齒輪選用 Q235 鋼，齒面硬度小于 165HBS，取小齒齒數(shù)=22。1Z高速級大齒輪選用 Q235 鋼，齒面硬度小于 165HBS ，z =i×Z =2×22=44。21 齒輪精度按 GB/T10095.1，選擇 7 級。 初步設計齒輪傳動的主要尺寸 2131 )(2HEdtt ZuTK確定各參數(shù)的值:試選 =1.6t查課本圖 10-30 選取區(qū)域系數(shù) Z =2.45H由課本圖 10-26 =0.86 =0.9012則 =0.86+0.90=1.76查課本 10-19 圖得：K =0.93 K =0.9612齒輪的疲勞強度極限取失效概率為 1%,安全系數(shù) S=1,應用公式 10-12 得:學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 20 頁 共 40 頁 = =0.93×960=892.8 H1SKHN1limMPa = =0.96×960=921.6 22li許用接觸應力 =892.8+921.6/2=907.2MPa21HH查課本由 表 10-6 得： =188MP 98PEZa選取齒寬系數(shù) 0.558 dT=95.5×10 × =95.5×10 ×2.55/10.15=239.92×10 N.M52/n5 4 設計計算小齒輪的分度圓直徑 d t1=64.412131 )(2HEdtt ZuTK模數(shù)：m=d 1/z1=64.41/22=2.93mm根據(jù)課本 P130 表 10-2 取標準模數(shù)：m=3mm分度圓直徑 d1=mz1=3×22=66mmd2=mz2=3×44=132mm傳動中心距 a=m(z 1+z2)/2=3(22+44)/2=99mm驗算齒輪圓周速度 V 齒 =3.14d1n1/60×1000=3.14×66×960/60×1000=3.32m/s使用系數(shù) =1.1AK根據(jù) v=0.67m/s,7 級精度，查表得動載系數(shù) K =1.00V齒向載荷分布系數(shù) K H =1.245齒間載荷分布系數(shù) K H =1.00學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 21 頁 共 40 頁故載荷系數(shù):KK AKVK K =1.1×1.0×1.245×1.0=1.3695H 齒根彎曲疲勞強度設計 F=(2kT1/d1mb)YFS1 F1確定有關參數(shù)和系數(shù)許用彎曲應力 FP F1= 0.7 Flim1 =709.2Mpa F2= 0.7 Flim2 =709.2Mpa齒輪 1 復合齒形系數(shù) =4.304981fsY齒輪 1 應力校正系數(shù) =1.56256a齒輪 2 復合齒形系數(shù) =4.015772fs齒輪 2 應力校正系數(shù) =1.69048aY端面重合度 =1.64604計算兩輪的許用彎曲應力 F1=(2kT1/d1mb)YFS1=168.3Mpa F1 F2=(2kT1/d1mb)YFS2=157Mpa F2小齒輪材料為 Q235 鋼接觸強度極限應力 Hlim1=960.0MPa齒輪 1 接觸疲勞強度許用值 H1=1050.9MPa大齒輪材料為 Q235 鋼學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 22 頁 共 40 頁齒輪 2 接觸強度極限應力 Hlim2=960.0MPa齒輪 2 接觸疲勞強度許用值 H2=1050.9MPa計算模數(shù)=2.42nm)(cos2123FSadYZKT對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞n強度計算的法面模數(shù)，按 GB/T1357-1987 圓整為標準模數(shù) ,取 m =3mm 但為了同時滿足接觸疲勞強度，需要按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑 d =64.41 來計算1應有的齒數(shù).于是由:= 21.47 取 z 1=21nmdZ1那么 z2=2×21=42幾何尺寸計算計算中心距：a= =96.013mm21nmz將中心距圓整為 98mm因此齒輪為圓柱直齒齒輪,故參數(shù) , , 等不必修正.khZ計算大、小齒輪的分度圓直徑=63mm11mzd=126mm22因?qū)嶒炇覘l件限制，圓整后 d =64mm d =130mm12小齒輪 大齒輪齒數(shù) 21z 42z模數(shù) 3m3m壓力角 20齒頂高系數(shù) 1*ah學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 23 頁 共 40 頁頂隙系數(shù) 25.0*c齒距 871p42.9p齒厚 ms9.3ms71齒槽寬 e251e.2齒根高 hf7. 53fh齒頂高 ma31 ma1分度圓直徑 d6d32齒高 h75. h75.6基圓直徑 md02.1 md0412齒頂圓直徑 a7a38齒根圓直徑 f5.81 f5.2中心距 m9m9大齒輪學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 24 頁 共 40 頁小齒輪3.2.4 軸的設計計算. 選擇軸的材料，確定許用應力由于設計的是學生實驗裝置的輸入軸，屬于一般軸的設計問題，選用 Q235鋼，抗拉強度 b=420Mpa，彎曲疲勞強度 -1=170Mpa。 -1b=40Mpa. 估算軸的基本直徑取 A=110dA (P I/ n1)1/3=110×(2.77/138)1/3=110×0.12=13.1mm考慮有鍵槽，將直徑增大 5%，則:d1=13.1mm×(1+5%)mm=13.75mm選 d1=14mm 軸的結構設計 軸上零件的定位，固定和裝配單級減速器中可將齒輪安排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 25 頁 共 40 頁由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，靠平鍵和過盈配合實現(xiàn)周向固定。兩軸承分別以軸肩和大筒實現(xiàn)軸向定位，靠過盈配合實現(xiàn)周向固定，軸通過兩端軸承實現(xiàn)軸向定位。大帶輪輪轂靠軸肩、平鍵和螺栓分別實現(xiàn)軸向定位和周向固定。 確定軸各段直徑和長度I 段：d 1=14mm 長度取決于聯(lián)軸器結構和安裝位置，根據(jù)聯(lián)軸器計算選擇，選取 YL6 型 Y 型凸緣聯(lián)軸器 L1=30mm。II 段:d 2=d1+2h=14mm2×0.07d1=14mm2×0.07×14mm =16.96mmd 2=18mm L2=32mmIII 段直徑d3=d2+2h=18mm2×0.07d 2=18mm+2×0.07×18mm=20.52mm 取 d3=20mm 初選用 6204 型深溝球軸承，其內(nèi)徑為 20mm,寬度為 14mm。L3=24段直徑d4=d3 2h=20mm2×0.07d 2=20mm2 ×0.07×20mm =23.8mm 取 d4=25mmL4=L 大齒輪 +L 套筒 -1mm=30+21-1mm=50mm段直徑d5=d4+2h=25mm+2×0.07d4=28.5mm取 d5=30mmL5=27mm段直徑學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 26 頁 共 40 頁d6=d5+2h=30mm+2×0.07d5=38.2mm取 d6=40mmL6=20mm段直徑由于這里有齒輪存在。因此取 d7=25mmL7=28mm段直徑由于這里使用了 6204 深溝球軸承。因此取 d8=20mmL8=26mmL=30+32+24+50+27+20+28+26mm=237mm按彎矩復合進行強度計算A 求分度圓直徑：已知 d2=240mmB 求轉矩：已知 T2=9550×P / n =191.692N.mC 求圓周力：FtFt=2T2/d2=2×191692N.mm/240mm=1597.4ND 求徑向力 FrFr=Ft·tan =1597.4N×tan200=581.5NE 因為該軸兩軸承對稱，所以：L A=LB=70mm學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 27 頁 共 40 頁學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 28 頁 共 40 頁傳動軸3.2.5 軸承的選用初步選擇滾動軸承.因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列角接觸球軸承.參照工作要求并根據(jù)實際尺寸,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 2 基本游隙組標準精度級的單列角接觸球軸承 7204AC 型.dD B 軸承代號20 42 12 7004AC20 47 14 7204AC20 52 15 7304AC學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 29 頁 共 40 頁除了選用角接觸軸承外，本方案還需要深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)實際尺寸，選定（0）2 尺寸系列 6204 深溝球軸承。3.2.6 鍵的設計和計算選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸由于實驗條件限制，該設計中鍵槽的位置都在 的軸上，所以選擇的鍵槽25規(guī)格均為 8 7，鍵的長度都為 22mm。傳遞的轉矩 T =28650 N·mm軸的直徑 d =25 mm鍵的截面尺寸 b×h =8×7 mm鍵的長度 L =22 mm鍵的有效長度 L 0 =14.000 mm接觸高度 k =2.800 mm載荷類型 P Type =靜載荷許用應力 p =135MPa 計算應力 p =58.469MPa 校核計算結果： 滿足小結：經(jīng)過對傳動裝置中零件的校核，此方案安全可行。4 確定裝配方案4.1 齒輪傳動的確定齒輪傳動分為以下八種類型，可根據(jù)實驗要求進行選擇組合方式。1)圓柱齒輪傳動用于平行軸間的傳動，一般傳動比單級可到 8、最大 20，兩級可到 45、最大60，三級可到 200、最大 300。傳遞功率可到 10 萬千瓦，轉速可到 10 萬轉/分，圓周速度可到 300 米/秒。單級效率為 0.96-0.99。直齒輪傳動適用于中、低速傳動。圓柱齒輪傳動的嚙合形式有三種：外嚙合傳動，由兩個外齒輪相嚙合，兩輪的轉向相反；內(nèi)嚙合齒輪傳動，由一個內(nèi)齒輪和一個小的外齒輪相嚙合，兩輪的轉向相同；齒輪齒條傳動，可將齒輪的傳動變?yōu)辇X條的直線移動，或者相反。2）錐齒輪傳動學 院 屆 畢 業(yè) 設 計 說 明 書第 30 頁 共 40 頁用于相交軸間的傳動。單級傳動比可到 6，最大到 8，傳動效率一般為 0.94-0.98.直齒錐齒輪傳動運轉平穩(wěn)，齒輪承載能力較高，但制造較難，應用較少。3）雙曲面齒輪傳動用于交錯軸間的傳動。單級傳動比可到 10，最大到 100，傳遞功率可到 750千瓦，傳動效率一般為 0.9-0.98，圓周速度可到 30 米/ 秒。由于有軸線偏置距，可以避免小齒輪懸臂安裝。廣泛應用于汽車和拖拉機的傳動中。4）螺旋齒輪傳動用于交錯軸間的傳動，傳動比可到 5，承載能力較低，磨損嚴重，應用較少。5）蝸桿傳動交錯軸傳動的主要形式，軸線交錯角一般為 90 度。蝸桿傳動可獲得很大的傳動比，通常單級為 8-80，用于傳遞運動時可達 1500；傳遞功率可達 4500 千瓦；蝸桿的轉速可到 3 萬轉/分；圓周速度可到 70 米/秒。蝸桿傳動工作平穩(wěn)，傳動比準確，可以自鎖，但自鎖時傳動效率低于 0.5.蝸桿傳動齒面間滑動較大，發(fā)熱量較多，傳動效率低，通常為 0.45-0.97.6）圓弧齒輪傳動用凹凸元和左齒廓的齒輪傳動。空載時兩齒廓是點接觸，嚙合過程中接觸點沿軸線方向移動，靠縱向重合度大于一來獲得連續(xù)傳動。特點是接觸強度和承載能力高，易于形成油膜，無根切現(xiàn)象，齒面磨損較均勻，跑合性能好；但對中心距、切齒深和螺旋角的誤差敏感性很大，故對制造和安裝精度要求高。7）擺線齒輪傳動用擺線作齒廓的齒輪傳動。這種傳動齒面間接觸應力較小，耐磨性好，無根切現(xiàn)象，但制造精度要求高，對中心距誤差敏感，僅用于鐘表及儀表中。8）行星齒輪傳動具有動軸線的齒輪傳動。行星齒輪傳動類型很多，不同類型的性能