毕业设计（论文）-二级原柱斜齿轮齿轮减速器设计及主要零件.doc

毕业设计设计（论文）题目 计算机辅助机械设计二级原柱斜齿轮齿轮减速器设计及主要零件 办 学 点 （系） 专 业 数控 目 录摘要1 引言1.1减速器的组成及其分类.11.2本设计的基本要求.11.3我国齿轮减速器的现状和发展趋势.21.4本设计的主要任务.21.5应用软件的选择.42 减速器的设计.72.1传动装置的总体设计.72.2传动零件的设计计算.112.3减速器铸造箱体的主要结构尺.162.4轴的设计.162.5滚动轴承的选择和计算.252.6键联接的选择和计算.282.7联轴器的选择和强度校核.292.8减速器的润滑.292.9减速器的装配图及零件工作.302.10减速器内主要零件的三维实体造型.302.11减速器主要零件的工艺过程.30结论.31致谢.32参考文献.33中文摘要 减速器是机械加工业常用装备之一，具有品种多，批量小，更新快等特点。论文中简要介绍了减速器行业的现状及发展趋势，概述了减速器的设计计算过程，传动零件材料、差数的选择。零件的强度校核，主要零件间的配合以及减速器的润滑。在这次设计中运用了Solidworks和AutoCAD绘制了减速器的主要零件，并编制里主要零件的制造工艺流程。 但由于缺少实践经验，设计中参数选择的合理性，零件现状的实用性，还有待在将来的实践应用中证实。 关键词 齿轮减速器 计算机辅助设计1.引言减速器是广泛用于机械传动领域的机械设备。对于它的设计方法的研究以及设计的优化一直以来都受到急速其设计者的重视。而计算机辅助设计及辅助制造（CAD/CAM）技术是当今设计及制造领域广泛采用的先进技术。本课题结合这两个问题，以二级圆柱斜齿轮为载体。积极运用计算机辅助设计技术、三维实体造型技术运用于整个设计过程。通过设计进一步了解和学习计算机辅助设计技术，并尝试着零件制造工艺的设计，本设计通过一系列的具体实践，更为深入地学习机械设计和制造技术。1.1减速器的组成及其分类减速器是一种典型的机械传动的设备。是一种应用于原动机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速。称为增速器。组成减速器的主要零件一般有：轴、轴承、齿轮（或涡轮蜗杆）。箱体以及其它附属零件等。根据传动类型，减速器可以分为齿轮、蜗杆。齿轮蜗杆和行星减速器;根据齿轮形状的不同，减速器可以分为展开式、分流式和同轴式减速器。1.2本设计的基本要求1.预定功能的要求2.安全可靠与强度、寿命的要求3经济性要求4操作使用要求1.3我国齿轮减速器的现状和发展趋势 自20世纪60年代以来，我国先后预制订了JB113070圆柱齿轮减速器等一批通用减速器标准，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器生产厂。 改革开放以来，我国引进了一批先进的加工装备。通过不断引进、消化和吸收国外先进技术以及科研攻关，开始掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度都有较大的提高。部分减速机采用硬齿后，体积和重量明显减少，承载能力、使用寿命、传动效率有了大幅度的提高，对节能和提高主机的总体水平起到明显的作用。目前，我国科设计制造280KW的水泥磨减速机、1700mm轧钢机的各种齿轮减速器。但是，我国大多数减速器的水平还不高，老产品不可能立即被替代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。 随着我国市场经济的推进，齿轮行业的专业化生产水平有了明显的提高，整个结构得到优化，行业实力增强，技术进步加快。 适应市场要求的新老产品开发，关键工艺技术的创新竞争，产品质量竞争以及员工技术素质与创新精神是21世纪企业竞争的焦点。在21世纪成套机械设备中，齿轮仍然是机械传动的基本部件。 总之，当今世界各国急速其机齿轮技术发展总趋势是向六高、二低、二化方面发展。六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率；二低即低噪声、低成本；二化即标准化、多样化。 减速器和齿轮的设计制造技术的发展，在一定程度上标志着一个国家的工业水平，因此，开拓和发展减速器和齿轮技术在我国有广阔的前景。1.4本设计的任务本设计的主要任务是：1.掌握结构的结构、运动的特性、初步具有分析和设计常用机构的能力。对机械传动力学的某些基本知识有所了解。2.掌握通用机械零件的工作原理、结构特点、设计计算和维护等基本知识，并初步具有涉及机械传动装置的能力。3.具有运用标准、规范手册、图册等有关技术资料的能力。1.5应用软件的选择1 .计算机辅助设计（CAD）CAD是人们利用计算机硬件和软件系统对产品进行设计、修改及显示输出的一种设计方法，它是一门多学科的综合性应用技术。从技术方法学的角度出发，CAD是人是一种有机的结合，在决定设计策略、信息处理、修改设计及分析计算方面各自发挥各自的特长。例如：计算机的信息的存储与检索、工程分析与计算、图形与文字处理以及代替人做大量重复繁琐的工作方面有着特殊的优点；但在设计策略。逻辑控制、信息组织及发挥经验和创造性方面，人将起主导作用。因此，合理地运用CAD技术可以缩短产品的设计周期，提高设计质量，降低设计成本。CAD包括以下主要内容：（1） 工程分析与计算技术。如各种物理特性的计算、有限元分析、边界元分析、优化设计方法的专业工程分析等。（2） 图形处理技术（3） 数据处理与数据交换技术（4） 文档处理技术（5） 软件开发技术CAD技术在机械设计中的应用主要有以下几个方面：二维绘图（1） 图形及符号库（2） 差数化设计（3） 工程分析及科学计算（4） 设计文档与报表生成（5） 三维几何造型1. Solidworks而为工程图自动生成和装配等特点Solidworks软件是一个非常优秀的软件，包括了零件设计、钣金设计、而为工程图自动生成和装配等功能，而且继承和兼容了Windows系统的卓越功能，其三维实体建模又易教、易学、易用的特点，参数化特征造型技术定义清晰。Solidworks自1995年问世以来，以其优越的性能、易用性和创新性，极大的提高了机械设计效率，在同类软件的激烈竞争中已经确立了它的市场地位，成为三维机械设计软件的标准，在全球拥有30万用户。Solidworks可充分发挥用三维工具进行产品开发的威力，它提供从现有的二维数据建立的三维模型的强大转换工具。Solidworks 能够直接读取DWG格式的文件。另一方面。Solidworks软件对于熟悉Windows的用户特别的易懂易用，它的开放性现在符合Windows标准的应用软件，可以集成到Solidworks软件中，从而为用户提供一体化的解决方案。Solidworks2003是Solidworks软件的最新版本。新版本在设计创新，使用方面性和提高整体性能等方面得到了显著的加强，包括增加了大装配处理能力，复杂曲面造型能力，以及专门为中国市场的需求而进一步增加的中国国标（GB）内容等。该软件的特点有1.界面友好，使用方面。Solidworks采用用户熟悉的界面，简单易学使Windows操作的用户可以迅速掌握Solidworks的使用。2.参数化特征造型。Solidworks 采用基于特征造型的实体造型技术。零件有许多特征经过相切、相交叠加等操作构建而成，符合人的设计思路，使设计工作变的简单轻松，而参数化使零件的修改方面易行，且用户可在任何时候修改等操作。3.数据全相关。Solidworks采用统一的数据库，因而零件设计，模具设计及工程图可全过程共享，使在三维和二维环境里的修改一样方面。并且任何一个环节的修改可以反映到其他各个环节，从而保持数据的一致性。 在任何的全过程中，我发现Solidworks软件有许多意想不到的好处，它的强大的实体造型功能是我们可以方面的话出一些零部件，它自顶向下的设计理念使我们处理问题更加明确，还有它的虚拟装配的功能，动态演示功能等，是我们的设计效率大为提高。2. 减速器的设计设计的原始数据有：五辊牵伸机输入功率Pw=16KW，辊筒转速n=140r/min, 辊筒直径D=186.5mm.工作条件要求为：三班制，使用期限为10年（每年工作300天），连续单向运转，大修期三年，小批量生产。（一） 传动装置的总体设计1.本传动装置采用两级圆柱齿轮减速器，其传动装置如图11所2.选择电动机（1）选择电动机的类型 按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列三相异步电动机。（2）选择电动机的功率 电动机所需功率 =/式中,为电动机至辊筒主动轴的传动总效率 =cgrc一个联轴器的传动效率,取c=0.98;g一对齿轮的传动效率,取g=0.97;r一对滚动轴承效率，取r=0.99； =0.9820.9720.992=0.8768 P= w/=16/0.8768=18.2KW 选取电机的额定功率，使=（1-1.3）d查手册选取电动机的额定功率 =18.5 KW(3)选取电动机的转速 五辊牵伸机的转速 n=155.54r/min 二级圆柱齿轮减速机的传动比 =8-40故电机的转速可选范围为n=n=（）15=r/min符合这范围的电动机同步转速有1500、3000r/min这二种，先对这两种电动机进行分析比较。电动机的主要技术数据机减速器传动比方案电动机型号额定功率（kw）转速（r/min） 减速器传动比同步转速满载转速 1Y-180M-418.5150014709.45 2Y-160L-218.53000293018.837 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量、价格、传动比及市场供应情况，选取合适的方案，现选用型号为Y-180M-4。3.确定传动装置的总传动比及其分配（1）减速器总传动比 =9.45 式中n电动机的满载转速r/min。（2）分配各级传动比 由有关手册查得高速级传动比=（）低速级传动比 =3.505， =2.6964.计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴的输入功率 电动机轴： =18.5KW轴高速轴： = c=18.13 KW轴（中间轴）： = gr=17.41kw轴（低速轴）： =gr=16.72KW牵伸机牵入轴： = gr=16.22KW（2）各轴的转速 电机机轴： =1470r/min 轴： n=1470r/min 轴: n=419.4r/min 轴: n=155.544r/min 牵伸机输入轴： n= n=155.544r/min（3）各轴的输入转矩电动机轴： =9550=9550=120.91N.m轴： =117.78N.m轴： = =396.44N.m轴： =1026.56N.m 牵伸机输入轴： =1006.03N.m把上述计算结果列于下表： 差数轴名输入功率（KW）转速n(r/min) 输入转矩T（N.m）传动比效率电动机轴18.51470120.1913.5052.696 10.980.960.960.97轴18.131470117.78轴17.41419.4396.44轴16.72155.5441026.56牵伸机输入轴16.22155.5441006.03（二） 传动零件的设计计算1.高速级齿轮传动设计（1）选择齿轮类型、材料、精度及差数 选用斜齿圆柱齿轮传动。 选用齿轮材料：选区大小齿轮材料均为45钢，调质后表面淬火，齿面硬度HRC=45。 初选齿轮为8级精度，要求吃面粗糙度Ram(2)按齿根弯曲疲劳强度设计 因两齿轮为刚质齿轮 故设计公式为 确定有关差数和系数：）齿数、螺旋角和齿宽系数取小齿轮系数=23，则=80.615圆整=80初选螺旋角=计算当量=由查表得齿形系数 和应力修正系数 =1.575 选取齿宽系数 =0.6）计算转矩 =117.78N.mm）载荷系数K K=1.10）查取材料弯曲疲劳强度极限查图大小齿轮均为=600)计算应力循环次数 = = ）查得寿命系数 ）计算弯曲疲劳许用应力：取弯曲疲劳安全系数，则 ）计算大小齿轮的值，并加以比较： 小齿轮比值较大，说明小齿轮弯曲强度较弱，故以此为计算依据 = =1.56mm 取标准值mm)计算中心距并修正螺旋角： 取 得）分度圆直径 o) 齿宽 取 p) 齿数比 q) 许用接触应力 应力循环次数 接触疲劳寿命系数 按一般可靠度选取安全系数 故 （3）校核接触疲劳强度 3. 故 安全可用齿轮的圆周速度 因此,可选用8级精度.(4)齿轮传动几何尺寸计算 几何尺寸计算列于下表: 长度单位名称代号计算公式结果小齿轮大齿轮中心距传动比法面模数有强度计算确定，并取标准值法面压力角标准值螺旋角一般取齿数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽螺旋角方向右旋左旋(5)齿轮结构设计 小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用辐板式锻造齿轮结构，按上表计算结果尺寸，然后据此绘出齿轮结构图，如图1-2所示。2.低速级齿轮选用斜齿圆柱齿轮传动，选用齿轮的材料、精度、宽度系数均高速级齿轮相同，其设计计算方法与高速级齿轮相同，计算过程从略。几何尺寸计算结果列于下表。名称代号计算公式结果小齿轮大齿轮中心距传动比法面模数有强度计算确定，并取标准值端面模数法面压力角标准值端面压力角螺旋角一般取齿数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽螺旋角方向左旋右旋 小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用辐板式齿轮结构，结构尺寸及结构图从略。（三） 减速器铸造箱体的主要结构尺寸从略（四） 轴的设计1. 高速轴的设计（略）2. 中间轴的设计（1） 选择轴的材料：选取45钢，调质、硬度，强度极限，屈服强度，弯曲疲劳极限，剪切疲劳极限对称循环变应力时许用应力。（2）初步估算轴的最小直径 取，得 由轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径，初选轴承型号7009C的角接触球轴承，装齿轮处的轴径 ，轴肩直径，轴的装配草图如图1-3所示。 两轴承支点间的距离为式中T轴承宽度，7009c轴承T=16；轴承支点与轴承外圈端面的距离，；轴承外圈端面与箱体内壁的距离，取；齿轮端面与箱体内壁的距离，取；齿轮3的宽度，；轴肩的宽度，；齿轮2的宽度，；齿轮2端面与箱体内壁的距离，；代入以上各值得 齿轮3的对称线与左轴承支点的距离为 齿轮3的对称线与齿轮2的对称线间距离为 齿轮2的对称线与右轴承支点间的距离为 （3） 按弯扭合成应力校核轴的强度绘出轴的计算简图，轴的计算简图如图1-4所示 计算作用在轴上的力 大齿轮2受力分析 圆周力 径向力 轴向力 小齿轮3的受力分析圆周力 径向力 轴向力 计算支反力 水平面 得 垂直面 得 作弯矩图 水平面弯矩 垂直面弯矩 合成弯矩 作转矩图 作计算弯矩图 单向运转，扭转剪应力按脉动循环应变力，取系数，则 按弯扭合成应力校核轴的强度 结论：强度足够 图1-4中间轴的弯矩和转矩 轴的结构与装配 受力简图水平面的受力和弯矩图 垂直面的受力和弯矩图合成弯矩图 转矩图 计算弯矩图轴的结构设计如图1-53.低速轴的设计（略）（五）、滚动轴承的选择和计算 1、 高速轴滚动轴承的选择和计算（略） 2、 中间轴滚动轴承的选择和计算 按轴的结构设计，初步选用型号为7009C的角接触球轴承（1） 计算轴承载荷 轴承的径向载荷 轴承A 轴承B 轴承的派生轴向力 轴承7009C、，所以 外部轴向力 因为轴承B被压紧，所以两轴承的轴向力为 计算径向当量动载荷由查表得，取载荷系数轴承A： 取，则 轴承B：取，则 计算轴承寿命 因为，轴承B受载大，所以按轴承B计算寿命，查表7009C轴承，轴承工作温度小于，取温度系数，则轴承寿命 若按大修三年更换轴承，轴承的预期寿命为，因，所以轴承合格。静强度校核 由查表的可得 因，故取又 因，故取静强度校核：有表中查取，由表差得7009C轴承，比较与，取它们中最大值，即将代入式 故该轴承满足经强度校核。3. 低速轴滚动轴承的选择和计算（略）（六）键联接的选择和强度校核1.高速轴与联接器用键联接的选择和强度校核（略）2.中间轴与齿轮用键联接的选择和强度校核（1）大齿轮2与轴的键联接 选用圆头普通平键（A型）按轴径，及轮毂长，选键 。 强度校核键材料用45钢，查得许用应力。键的工作长度，按公式得挤压应力 虽然略大于，但齿轮与轴是采用过盈配合，靠联接的摩擦力传递部分转矩，故联接的强度是足够的3.低速轴与齿轮、联轴器用键联接的选择和强度校核（略） （七）联轴器的选择和计算 1.高速轴输入端的联轴器 计算转矩查表取工作情况系数，则得 查表，选用型弹性套柱销联轴器，材料为35钢，许用转矩，许用转速，标记联轴器。 2低速轴输出端的联轴器（略）（八）减速器的润滑 高速级齿轮传动的圆周速度，低速级齿轮传动的圆周速度： 平均速度： 按表选取润滑温度时的粘度，选用N320工业齿轮油。齿轮采用浸油润滑，中间轴齿轮2浸入油中色深度约为个齿轮高，但不应小于，最大的浸油深度为的大齿轮齿顶圆半径。由于圆周速度速度轴承可采用飞溅润滑，把齿轮飞溅到箱盖上的油汇集到箱体部分面上的油沟，然后柳锦州从中进行润滑。（九）减