齿轮轴系实验台设计

毕业设计说明书齿轮轴系实验台设计学生姓名：学号：学院：机械设计制造及其自动化系名：机械设计制造及其自动化专业：指导教师：年月齿轮轴系实验台的设计摘要：减速器是典型的机械基础部件，被广泛应用于各种机器中。因此减速器的结构、功能及设计一直是高校机械类专业的学生必需学习的内容。而清楚地学习和了解其内部结构及工作原理是进一步分析和设计减速器的关键。本次设计根据具体任务，设计了三种减速器。设计内容包括传动系统总体方案的确定，传动系统的设计，重要零件的设计计算，以及一些辅助零件的设计，使自己对机械设计课程内容有了更深刻的认识。初步掌握了机械设计的一般过程，提高了绘图能力以及使用AutoCAD的能力.关键词：AutoCAD，减速器，传动系统TheDesignmentofTheGearShaftingExperimentalEstradeAbstract:Reduceristhebasisoftypicalmechanicalcomponents,iswidelyusedinvariousmachines.Soastudentwhoismajorinmechanicalinuniversitieshastolearnthegearstructure,functionanddesignment.Itiscriticaltofurtheranalysisanddesignmentofgearthatclearlytolearnandunderstanditsinternalstructureandworkingprinciple.Accordingtothespecifictask,thisdesignmenthasdesignedthreekindsofthegear.Thecontentsofthedesignmentincludethedeterminationoftransmissionsystem’soverallprogram,thedesignmentofthedrivesystem,thedesignmentsandcalculationsoftheimportantparts,andthedesignmentofsomeauxiliaryparts,makingmedoadeeperunderstandingforthetermprojectonmachinedesign.Initiallygraspingthegeneralprocessofthemechanicaldesignment,improvingthecapabilitiesofdraftingandtheabilitiesofusingAutoCAD.Keywords:AutoCAD,Reducer,Transmissionsystem目录1绪论 11.1本课题的研究背景及意义 11.2齿轮减速器国内外的研究现状 21.2.1国内研究现状 21.2.2国外研究现状 31.3本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径） 31.3.1本课题要研究或解决的问题 31.3.2拟采用的研究手段 41.3.3本课题的设计思路 42减速器的概况 62.1齿轮减速器的发展 62.2齿轮减速器的含义、基本构造、特点及其应用 72.2.1齿轮减速器的含义 72.2.2齿轮减速器的基本构造 72.2.3齿轮减速器的特点及其应用 92.3齿轮减速器的分类 92.4减速器的工作原理 102.5减速器的润滑及保养 103实验台结构参数的分析 113.1分析各零件的作用、结构及类型 113.1.1实验台的主要零部件 113.1.2实验台的附件 123.2对零件参数的设计计算 123.2.1传动装置的总传动比和分配传动比确定 123.2.2计算传动装置的运动和动力参数 133.2.3齿轮的设计 143.2.4轴的设计计算 193.2.5轴承的选用 233.2.6键的设计和计算 244确定装配方案 244.1齿轮传动的确定 244.2传动组合的确定 254.3轴承的确定和与轴的配合 274.3.1轴承的确定 274.3.2轴承的配合与固定 294.4轴装配方案的确定 295结束语 32参考文献 33致谢 351绪论齿轮轴系组合实验是机械设计中重要实验，齿轮传动实验台近年来无论在台位的大小、数目、类型和水平方面都得到了迅速的发展。在功能方向,也从为单一的特定任务设计实验台而发展到设计多用途的实验台，但是在齿轮传动过程中仍然存在着齿轮传动不平稳，传动比不精确，工作不可靠、效率低、寿命短、使用的功率、速度和尺寸范围狭窄等特点，因此为了解决这些问题以及进一步提高实验效率和效果，在研究本课题时我们应该更加注重齿轮传动过程中的优化设计，使得我们设计出来的齿轮轴系实验台满足此次设计要求。1.1本课题的研究背景及意义齿轮是使用量大面广的传动元件。目前世界上齿轮最大传递功率已达6500kw，最大线速度达210rn/s(在实验室中达300rn/s)；齿轮最大重量达200t，最大直径达￠25．6m(组合式)，最大模数m达50mm。我国自行设计的高速齿轮(增)减速器的功率已达44000kw，齿轮圆周速度达150m/s以上。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器，用于原动机和工作机或执行机构之间，起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。减速器是典型的机械基础部件，被广泛应用于各种机器中。因此减速器的结构、功能及设计一直是高校机械类专业的学生必需学习的内容。而清楚地学习和了解其内部结构及工作原理是进一步分析和设计减速器的关键。减速器作为一种重要的动力传动装置，在机械化生产中起着不可替代的作用。目前在减速器的设计领域，研究开发以产品设计为目标，全过程综合应用CAD及其相关的一体化集成技术已经成为必然趋势。然而，传统的减速器的设计均属于演示型和展示型实验，这并不便于教学，更重要的是不能充分满足高校旨在培养学生动手创新的能力，也不能培养综合型的人才。随着中国改革开放以来，科技进步成为了第一生产力，把科技运用到生产实践、变成现实的生产力已经在改革开放的进程中占据着至关重要的地位，为了培养新型人才，从而使得中国的机械化工业更加领先，那么齿轮轴系实验台的设计就迫在眉睫了。本课题所要设计的齿轮轴系实验台对后续顺利进入大学以及更高学府的学生来说进行深造是很有裨益的，我们学生在学校里面学到的大多是理论知识，而实践这个环节又是很缺乏的，这就会有不能把所学到的知识应用到实践中的缺陷。本课题的设计将会为我们的后辈将来更好的完成实验提供了一个实践平台，使他们更好的了解机械设计制造这门课程所要做的所要解决的问题是什么，从而为他们更深刻的理解理论知识打下坚实的基础，也为他们走上社会工作岗位之后能够很快的进入状态做准备。1.2齿轮减速器国内外的研究现状1.2.1国内研究现状中国加入世贸组织(WTO)，工程机械齿轮必须跟上整机产品升级换代的要求。随着我国大功率工程机械的研制开发，中国工程机械齿轮传动产品——液力传动装置和动力换挡变速箱以及静压传动装置，将有较大的发展。我国农用运输车经过加年的成长与高速发展，现已进入稳定发展期，各型轮式拖拉机有向大功率发展的趋势。因此与之配套的拖拉机齿轮企业的新产品开发，将会紧紧跟上发展的步伐。随着我国航天、航空、机械、电子、能源及核工业等方面的快速发展和工业机器人等在各工业部门的应用，我国在谐波传动技术应用方面已取得显著成绩。同时，随着国家高新技术及信息产业的发展，对谐波传动技术产品的需求将会更加突出。船用齿轮箱在某些指标方面与国际先进水平尚有一定差距，但在制造精度方面及某些产品性能方面已接近国际水平。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，游艇、高速艇齿轮箱将会有较大的发展。面临2l世纪，齿轮先进制造技术的全过程实现计算机信息技术与现代管理技术的结合，将会飞速发展。随着我国改革开放，世界级的跨国大公司已开始大举进军中国市场，并以独资、合资、合作制造等形式在我国生产汽车、工程机械、大型成套设备的齿轮及齿轮装置，齿轮产品在我国将会有大量国际品牌加入，这必将促使我国零部件结构的大调整，车辆齿轮生产的专业化集中度将继续提高。目前齿轮行业存在的低水平制造能力过剩，高水平制造能力不足的局面必须改变。中国齿轮行业在20世纪90年代的快速发展，已基本完成了由卖方市场到买方市场的转变。随着我国体制改革的深入，充分发挥行业协会作用，加强行业自律性市场约束，形成有序竞争的市场机制，是当前市场发展的迫切任务。总之，当今世界各国减速器及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与制造技术的发展，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。1.2.2国外研究现状齿轮减速器在各行各业中十分广泛的使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。当前减速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问题。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题也未解决好。最近报导，日本住友重工研制的FA型高精度减速器，美国Alan-Newton公司研制的X-Y式减速器，在传动原理和结构上与平动齿轮减速器类似或相似，都为目前先进的齿轮减速器。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。因此，除了不断改进材料品质，提高工艺水平外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。目前，超小型的减速器的研究成果尚不明显。在医疗、生物工程、机器人等领域中，微型发动机已经基本研制成功，美国和荷兰近期研制的分子发动机的尺寸在纳米级范围，如能辅以纳米级的减速器，则应用前景远大。1.3本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）1.3.1本课题要研究或解决的问题本课题所设计的齿轮轴系实验台主要是为了解决今年来学生做实验时所遇到的困难的，由于大多数实验只是老师做演示或者展示，而学生只能坐着看老师怎么做，由于条件限制而不能动手做。此次设计主要是为了解决学生在做机械课程设计时因没有能够具体时间而无法入手的困境，此实验台的设计能够让每一位学生在做实验时都有机会动手做而不是光看，更重要的是解决学生不能够很好的理解老师在课堂上所讲的理论知识，还可以方便老师教学，使得教学任务能够更好更容易的完成。1.3.2拟采用的研究手段1.文献资料分析通过查阅研究国内国外的一些关于齿轮减速器的文献资料进行分析，从而得出解决问题的方案。2.实证分析引用具体的事例进行剖析，说明减速器的功能作用，以及应用齿轮减速器对于机械的运行有何积极有利的作用3.综合分析通过对文献资料的综合分析，可以对纵观全局对数据进行分析，从而得出令人信服的结论1.3.3本课题的设计思路从国内外研究齿轮传动的文献资料中，我了解到齿轮减速器的种类很多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器以及它们互相组合起来的减速器；按照传动的级数可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥一圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。⑴．单级圆柱齿轮减速器转齿可做成直齿、斜齿和人字齿。直齿用于速度较低（ν≤8m/s)载荷较轻的转动；斜齿轮用于速度较高的传动，人字齿轮用于载荷较重的传动中，箱体通常用铸铁做成，单件或小批生产有时采用焊接结构。轴承一般采用滚动轴承，重载或特别高速时采用滑动轴承。其他型式的减速器与此类同⑵．两级圆柱齿轮减速器①展开式：结构简单、但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分地互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。用于载荷比较平稳的场合。高速级一般做成斜齿，低速级可做成直齿。②分流式：结构复杂，但由于齿轮相对于轴承对称布置，与展开式相比载荷沿齿宽分布均匀，轴承受载较均匀。中间轴危险截面上的转矩只相当于轴所传递转矩的一半。适用于变载荷的场合。高速级一般用斜齿，低速级可用直齿或人字齿。③同轴式：减速器横向尺寸较小，两对齿轮浸入油中深度大致相同，但轴向尺寸大和重量较大，且中间轴较长、刚度差，使沿齿宽载荷分布不均匀。高速轴的承载能力难于充分利用。④同轴分流式：每对啮合齿轮仅传递全部荷的一半，输入轴和输出轴只承受扭矩，中间轴只受全部载荷的一半，故与传递同样功率的其他减速器相比，轴颈尺寸可以缩小。⑶．三级圆柱齿轮减速器①展开式：同两级展开式②分流式：同两级分流式为了进一步提高轮传动轴系组合实验台的效率和效果，作者将从以下步骤进行设计：1.根据实验的要求设计组合至少两种传动轴系方案。2.根据所选择的传动方案，设计出轴、联轴器、齿轮和相关零件等。3.轴承的设计及其校对。4.密封结构的选择。5.减速器的润滑。2减速器的概况2.1齿轮减速器的发展⑴．20世纪70－80年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。通用减速器的发展趋势如下：①高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高4倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。②积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。③型式多样化，变型设计多。摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。⑵．促使减速器水平提高的主要因素有：①理论知识的日趋完善，更接近实际（如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、优化设计方法、齿根圆滑过渡、新结构等）。②采用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平提高。③结构设计更合理。④加工精度提高到ISO5－6级。⑤轴承质量和寿命提高。⑥润滑油质量提高。自20世纪60年代以来，我国先后制订了JB1130－70《圆柱齿轮减速器》等一批通用减速器的标准，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器专业生产厂。目前，全国生产减速器的企业有数百家，年产通用减速器25万台左右，对发展我国的机械产品作出了贡献。20世纪60年代的减速器大多是参照苏联20世纪40－50年代的技术制造的，后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步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均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB179－60的8－9级提高到GB10095－88的6级，高速齿轮的制造精度可稳定在4－5级。部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。我国自行设计制造的高速齿轮减（增）速器的功率已达42000kW，齿轮圆周速度达150m/s以上。但是，我国大多数减速器的技术水平还不高，老产品不可能立即被取代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。2.2齿轮减速器的含义、基本构造、特点及其应用2.2.1齿轮减速器的含义齿轮减速器又称减速机、减速箱。是一台独立的传动装置。常安装在电动机（或其他原动机）与工作机之间，起降低转速和相应增大转矩的作用。在某些情况下，也用来增速，这时则称为增速器。2.2.2齿轮减速器的基本构造齿轮减速器主要由传动零件（齿轮或蜗杆）、轴、轴承、箱体及其附件组成。其基本机构有三大部分：①齿轮、轴及轴承组合：小齿轮与轴制成一体，称齿轮轴，这种结构用于齿轮直径与轴的直径相关不大的情况下，如果轴的直径为d，齿轮齿根圆的直径为df，则当df-d≤6～7mn时，应采用这种结构。而当df-d＞6～7mn时，采用齿轮与轴分开为两个零件的结构，如低速轴与大齿轮。此时齿轮与轴的周向固定平键联接，轴上零件利用轴肩、轴套和轴承盖作轴向固定。两轴均采用了深沟球轴承。这种组合，用于承受径向载荷和不大的轴向载荷的情况。当轴向载荷较大时，应采用角接触球轴承、圆锥滚子轴承或深沟球轴承与推力轴承的组合结构。轴承是利用齿轮旋转时溅起的稀油，进行润滑。箱座中油池的润滑油，被旋转的齿轮溅起飞溅到箱盖的内壁上，沿内壁流到分箱面坡口后，通过导油槽流入轴承。当浸油齿轮圆周速度υ≤2m/s时，应采用润滑脂润滑轴承，为避免可能溅起的稀油冲掉润滑脂，可采用挡油环将其分开。为防止润滑油流失和外界灰尘进入箱内，在轴承端盖和外伸轴之间装有密封元件。②箱体是减速器的重要组成部件。它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。箱体通常用灰铸铁制造，对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单体生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接的箱体；灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。轴承座的联接螺栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台，应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。为保证箱体具有足够的刚度，在轴承孔附近加支撑肋。为保证减速器安置在基础上的稳定性并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底座一般不采用完整的平面。③减速器附件：为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计给予足够的重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、加工及拆装检修时箱盖与箱座的精确定位、吊装等辅助零件和部件的合理选择和设计。1）检查孔为检查传动零件的啮合情况，并向箱内注入润滑油，应在箱体的适当位置设置检查孔。检查孔设在上箱盖顶部能直接观察到齿轮啮合部位处。平时，检查孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。2)通气器减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，为使箱内热胀空气能自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件等其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。3)轴承盖为固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖封闭。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种。利用六角螺栓固定在箱体上，外伸轴处的轴承盖是通孔，其中装有密封装置。凸缘式轴承盖的优点是拆装、调整轴承方便，但和嵌入式轴承盖相比，零件数目较多，尺寸较大，外观不平整。4)定位销为保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工时的精度，应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销。安置在箱体纵向两侧联接凸缘上，对称箱体应呈对称布置，以免错装。5)油面指示器检查减速器内油池油面的高度，经常保持油池内有适量的油，一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位，装设油面指示器。6)放油螺塞换油时，排放污油和清洗剂，应在箱座底部，油池的最低位置处开设放油孔，平时用螺塞将放油孔堵住，放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的垫圈。7)启箱螺钉为加强密封效果，通常在装配时于箱体剖分面上涂以水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖。为此常在箱盖联接凸缘的适当位置，加工出～2个螺孔，旋入启箱用的圆柱端或平端的启箱螺钉。旋动启箱螺钉便可将上箱盖顶起。小型减速器也可不设启箱螺钉，启盖时用起子撬开箱盖，启箱螺钉的大小可同于凸缘联接螺栓。2.2.3齿轮减速器的特点及其应用特点：①结构紧凑，②传递功率范围大，③工作可靠，寿命长，效率较高，④使用和维护简单。应用：非常广泛。它的主要参数已经标准化，并由专门工厂进行生产。一般情况下，按工作要求，根据传动比、输入轴功率和转速、载荷工况等，可选用标准减速器；必要时也可自行设计制造。2.3齿轮减速器的分类减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。减速器的种类繁多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥－圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。以下是常用的减速器分类：⑴摆线针轮减速机，⑵硬齿面圆柱齿轮减速器，⑶行星齿轮减速机，⑷软齿面减速机，⑸三环减速机，⑹起重机减速机，⑺蜗杆减速机，⑻轴装式硬齿面减速机，⑼无级变速器2.4减速器的工作原理减速器的工作原理概述：就是利用各级齿轮传动来达到降速的目的.减速器就是由各级齿轮副组成的.比如用小齿轮带动大齿轮就能达到一定的减速的目的,再采用多级这样的结构,就可以大大降低转速了.减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机.内燃机或其它高速运转的动力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。减速机的作用：在目前用于传递动力与运动的机构中,减速机的应用范围相当广泛,几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹,从交通工具的船舶,汽车,机车,建筑用的重型机具,机械工业所用的加工机具及自动化生产设备,到日常生活中常见的家电,钟表等等.其应用从大动力的传输工作,到小负荷,精确的角度传输都可以见到减速机的应用,且在工业应用上,减速机具有减速及增加转矩功能,因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备.

减速器是一种动力传达的机构,在应用上于需要较高扭矩以及不需要太高转速的地方都用的到它.例如:输送带,搅拌机,卷扬机,拍板机,自动化专用机…,而且随着工业的发展和工厂的自动化,其利用减速机的需求量日益成长.通常减速的方法有很多,但最常用的方法是以齿轮来减速,可以缩小占用空间及降低成本,所以也有人称减速机为齿轮箱(GearBox).通常齿轮箱是一些齿轮的组合,因齿轮箱本身并无动力,所以需要驱动组件来传动它,其中驱动组件可以是马达,引擎或蒸汽机…等.而使用减速机最大的目的有下列几种:1.动力传递2.获得某一速度3.获得较大扭矩.但除了齿轮减速机外,由加茂精工所开发的球体减速机,提供了另一项价值,就是高精度的传动,且传动效率高,为划时代的新传动构造。2.5减速器的润滑及保养在投入运转之前，在减速机中装入建议的型号和数值的润滑脂。减速机采用润滑油润滑。对于竖直安装的减速机，鉴于润滑油可能不能保证最上面的轴承的可靠润滑，因此采用另外的润滑措施。在运行以前，在减速机中注入适量的润滑油，润滑油的粘性根据以下列表选择。减速机通常装备有注油孔和放油塞。因而在订购减速机的时候必须指定安装位置。下表列出了一般应用中建议采用的润滑油的牌子和型号。注意：对于非常规工作条件的应用，请征询制造厂的意见。工作油温不能超过80℃。终生润滑的组合减速机在制造厂注满合成油，除此之外，减速机供货时通常是不带润滑油的，并带有注油塞和放油塞。本样本中列出的减速机润滑油数量只是估计值。根据订货时指定的安装位置设置油位塞的位置以保证正确注油，减速机注油量应该根据不同安装方式来确定。如果传输功率超过减速机的热容量，必须提供外置冷却装置.减速比：输入转速与输出转速之比。级数：行星齿轮的套数。一般最大可以达到三级，效率会有所降低。满载效率：在最大负载情况下（故障停止输出扭矩），减速机的传递效率。工作寿命：减速机在额定负载下，额定输入转速时的累计工作时间。额定扭矩：是额定寿命允许的长时间运转的扭矩。当输出转速为100转/分，减速机的寿命为平均寿命，超过此值时减速机的平均寿命会减少。当输出扭矩超过两倍时减速机故障。噪音：单位分贝dB（A），此数值实在输入转速3000转/分，不带负载，距离减速机1米距离时测量值。回差：将输入端固定，是输出端顺时针和逆时针方向旋转，当输出端承受正负2%额定扭矩时，减速机输出端由一个微小的角位移，此角位移即为回程间隙。单位是“分”，即一度的1/60。3实验台结构参数的分析3.1分析各零件的作用、结构及类型3.1.1实验台的主要零部件①轴：主要功用是直接支承回转零件，以实现回转运动并传递动力。本试验台中、除锥齿轮传动轴为齿轮轴外、其余都属阶梯轴。分为：直齿轮用轴、锥齿轮轴、锥齿轮用轴、斜齿轮用轴、固游式蜗杆、两端固定式蜗杆。②轴承：用来支承轴或轴上回转零件、保持轴的旋转精度、减小磨擦和磨损。两级传动中，选用GB/T276—1994沟球轴承6204；一级斜齿轮传动中，选用GB/T276—1994圆锥滚子轴承30204。③齿轮：用来传递任意轴间的运动和动力，在此起传动及减速作用。本试验台中有：直齿轮（大）、直齿轮（小）、圆锥齿轮（大）、圆锥齿轮（小）。3.1.2实验台的附件①键：用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。可根据轴径进行选用，参照GB/T1095-2003。②轴套类、联接件及其它：甩油环、挡油环、套筒、调整环、调整垫片、压板、圆螺母、圆螺母止动圈、骨架油封、无骨架油封、轴用弹性卡环、羊毛毡圈、螺钉、垫圈、底座。③轴承端盖类:凸缘式闷盖(脂用)、凸缘式透盖(脂用)、凸缘式闷盖(油用)、凸缘式透盖(油用)、大凸缘式闷盖(脂用)、大凸缘式透盖(脂用)、嵌入式闷盖、嵌入式透盖、凸缘式透盖(迷宫)、迷宫式轴套。④轴承座类:锥齿轮轴用套环、蜗杆用套环、锥齿轮轴用支座、直齿轮轴用支座、蜗杆轴用支座。3.2对零件参数的设计计算考虑到该设计主要针对学生实验，输出的转速较低，所用电机转速功率都不会太高，故选用Y132M-8型电动机，其参数如下：电动机型号额定功率Pkw电动机转速电动机重量N同步转速满载转速Y132S-631000960633.2.1传动装置的总传动比和分配传动比确定（1）总传动比：i总=n电动/n传动=960/60=16（2）分配各级传动比①取齿轮i齿轮=22=4②∵i总=i齿轮×i带∴i带=i总/i齿轮=16/4=43.2.2计算传动装置的运动和动力参数⑴各轴转速＝＝960/4＝240r/min

＝＝240/2＝120r/min

＝/＝120/2=60r/min⑵各轴输入功率＝×＝3×0.96＝2.94kW

＝×η2＝2.94×0.98＝2.74kW

＝×＝2.74×0.95＝2.55kW则各轴的输出功率：

＝×0.98=2.94×0.98=2.88kW＝×0.98=2.74×0.98=2.68kW＝×0.98=2.55×0.98=2.5kW⑶各轴输入转矩=××N·m电动机轴的输出转矩Td=9550Pd/nm=9550×3/1000=28.65N·m所以输入转矩：＝××=28.65×4×0.96=110.02N·m＝×=110.016×2×0.98=215.63N·m＝×=215.63×2×0.98=422.64N·m输出转矩：＝×0.98=107.82N·m＝×0.98=211.32N·m＝×0.98=414.19N·m运动和动力参数结果如下表轴名功率PKW转矩TNm转速r/min输入输出输入输出电动机轴328.659601轴2.942.88110.02107.822402轴2.742.68215.63211.321203轴2.552.5422.64414.19603.2.3齿轮的设计高速级齿轮传动的设计计算⑴齿轮材料，热处理及精度考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮①材料：高速级小齿轮选用Q235钢，齿面硬度小于165HBS，取小齿齿数=22。高速级大齿轮选用Q235钢，齿面硬度小于165HBS，z=i×Z=2×22=44。②齿轮精度按GB/T10095.1，选择7级。⑵初步设计齿轮传动的主要尺寸确定各参数的值:试选=1.6查课本图10-30选取区域系数Z=2.45由课本图10-26=0.86=0.90则=0.86+0.90=1.76查课本10-19图得：K=0.93K=0.96齿轮的疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数S=1,应用公式10-12得:[]==0.93×960=892.8[]==0.96×960=921.6许用接触应力=892.8+921.6/2=907.2MPa查课本由表10-6得：=188MP选取齿宽系数0.558T=95.5×10×=95.5×10×2.55/10.15=239.92×10N.M⑶设计计算小齿轮的分度圆直径d=64.41模数：m=d1/z1=64.41/22=2.93mm根据课本P130表10-2取标准模数：m=3mm分度圆直径d1=mz1=3×22=66mm

d2=mz2=3×44=132mm传动中心距

a=m(z1+z2)/2=3(22+44)/2=99mm验算齿轮圆周速度

V齿=3.14d1n1/60×1000=3.14×66×960/60×1000=3.32m/s使用系数=1.1根据v=0.67m/s,7级精度，查表得动载系数K=1.00齿向载荷分布系数KHβ=1.245齿间载荷分布系数KHα=1.00故载荷系数:K＝KAKVKK=1.1×1.0×1.245×1.0=1.3695⑷齿根弯曲疲劳强度设计σF=(2kT1/d1mb)YFS1≤[σF1]确定有关参数和系数许用弯曲应力[σFP][σF1]=0.7σFlim1=709.2Mpa[σF2]=0.7σFlim2=709.2Mpa齿轮1复合齿形系数=4.30498齿轮1应力校正系数=1.56256齿轮2复合齿形系数=4.01577齿轮2应力校正系数=1.69048端面重合度=1.64604计算两轮的许用弯曲应力σF1=(2kT1/d1mb)YFS1=168.3Mpa＜[σF1]σF2=(2kT1/d1mb)YFS2=157Mpa＜[σF2]小齿轮材料为Q235钢接触强度极限应力σHlim1=960.0MPa齿轮1接触疲劳强度许用值[σH]1=1050.9MPa大齿轮材料为Q235钢齿轮2接触强度极限应力σHlim2=960.0MPa齿轮2接触疲劳强度许用值[σH]2=1050.9MPa计算模数=2.42对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=3mm但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=64.41来计算应有的齿数.于是由:=21.47取z1=21那么z2=2×21=42几何尺寸计算计算中心距：a==96.013mm将中心距圆整为98mm因此齿轮为圆柱直齿齿轮,故参数,,等不必修正.计算大、小齿轮的分度圆直径=63mm=126mm因实验室条件限制，圆整后d=64mmd=130mm小齿轮大齿轮齿数模数压力角齿顶高系数顶隙系数齿距齿厚齿槽宽齿根高齿顶高分度圆直径齿高基圆直径齿顶圆直径齿根圆直径中心距大齿轮小齿轮3.2.4轴的设计计算⑴.选择轴的材料，确定许用应力由于设计的是学生实验装置的输入轴，属于一般轴的设计问题，选用Q235钢，抗拉强度σb=420Mpa，弯曲疲劳强度σ-1=170Mpa。[σ-1]b=40Mpa⑵.估算轴的基本直径取A=110d≥A(PI/n1)1/3=110×[(2.77/138)1/3]=110×0.12=13.1mm考虑有键槽，将直径增大5%，则:d1=13.1mm×(1+5%)mm=13.75mm选d1=14mm⑶轴的结构设计

①轴上零件的定位，固定和装配

单级减速器中可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，靠平键和过盈配合实现周向固定。两轴承分别以轴肩和大筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴通过两端轴承实现轴向定位。大带轮轮毂靠轴肩、平键和螺栓分别实现轴向定位和周向固定。②确定轴各段直径和长度I段：d1=14mm

长度取决于联轴器结构和安装位置，根据联轴器计算选择，选取YL6型Y型凸缘联轴器L1=30mm。II段:d2=d1+2h=14mm＋2×0.07d1=14mm＋2×0.07×14mm=16.96mm∴d2=18mmL2=32mmIII段直径d3=d2+2h=18mm＋2×0.07d2=18mm+2×0.07×18mm=20.52mm取d3=20mm初选用6204型深沟球轴承，其内径为20mm,宽度为14mm。

L3=24Ⅳ段直径d4=d3＋2h=20mm＋2×0.07d2=20mm＋2×0.07×20mm=23.8mm

取d4=25mmL4=L大齿轮+L套筒-1mm=30+21-1mm=50mmⅤ段直径d5=d4+2h=25mm+2×0.07d4=28.5mm取d5=30mmL5=27mmⅥ段直径d6=d5+2h=30mm+2×0.07d5=38.2mm取d6=40mmL6=20mmⅦ段直径由于这里有齿轮存在。因此取d7=25mmL7=28mmⅧ段直径由于这里使用了6204深沟球轴承。因此取d8=20mmL8=26mmL=30+32+24+50+27+20+28+26mm=237mm③按弯矩复合进行强度计算A求分度圆直径：已知d2=240mmB求转矩：已知T2=9550×PⅡ/nⅡ=191.692N.mC求圆周力：FtFt=2T2/d2=2×191692N.mm/240mm=1597.4ND求径向力FrFr=Ft·tanα=1597.4N×tan200=581.5NE因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=70mm传动轴3.2.5轴承的选用初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列角接触球轴承.参照工作要求并根据实际尺寸,由轴承产品目录中初步选取2基本游隙组标准精度级的单列角接触球轴承7204AC型.DB轴承代号2042127004AC2047147204AC2052157304AC除了选用角接触轴承外，本方案还需要深沟球轴承。参照工作要求并根据实际尺寸，选定（0）2尺寸系列6204深沟球轴承。3.2.6键的设计和计算选择键联接的类型和尺寸由于实验条件限制，该设计中键槽的位置都在的轴上，所以选择的键槽规格均为87，键的长度都为22mm。传递的转矩T=28650N·mm轴的直径d=25mm键的截面尺寸b×h=8×7mm键的长度L=22mm键的有效长度L0=14.000mm接触高度k=2.800mm载荷类型PType=静载荷许用应力[σp]=135MPa计算应力σp=58.469MPa校核计算结果：σ≤[σ]满足小结：经过对传动装置中零件的校核，此方案安全可行。4确定装配方案4.1齿轮传动的确定齿轮传动分为以下八种类型，可根据实验要求进行选择组合方式。1)圆柱齿轮传动用于平行轴间的传动，一般传动比单级可到8、最大20，两级可到45、最大60，三级可到200、最大300。传递功率可到10万千瓦，转速可到10万转/分，圆周速度可到300米/秒。单级效率为0.96-0.99。直齿轮传动适用于中、低速传动。圆柱齿轮传动的啮合形式有三种：外啮合传动，由两个外齿轮相啮合，两轮的转向相反；内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个小的外齿轮相啮合，两轮的转向相同；齿轮齿条传动，可将齿轮的传动变为齿条的直线移动，或者相反。2）锥齿轮传动用于相交轴间的传动。单级传动比可到6，最大到8，传动效率一般为0.94-0.98.直齿锥齿轮传动运转平稳，齿轮承载能力较高，但制造较难，应用较少。3）双曲面齿轮传动用于交错轴间的传动。单级传动比可到10，最大到100，传递功率可到750千瓦，传动效率一般为0.9-0.98，圆周速度可到30米/秒。由于有轴线偏置距，可以避免小齿轮悬臂安装。广泛应用于汽车和拖拉机的传动中。4）螺旋齿轮传动用于交错轴间的传动，传动比可到5，承载能力较低，磨损严重，应用较少。5）蜗杆传动交错轴传动的主要形式，轴线交错角一般为90度。蜗杆传动可获得很大的传动比，通常单级为8-80，用于传递运动时可达1500；传递功率可达4500千瓦；蜗杆的转速可到3万转/分；圆周速度可到70米/秒。蜗杆传动工作平稳，传动比准确，可以自锁，但自锁时传动效率低于0.5.蜗杆传动齿面间滑动较大，发热量较多，传动效率低，通常为0.45-0.97.6）圆弧齿轮传动用凹凸元和左齿廓的齿轮传动。空载时两齿廓是点接触，啮合过程中接触点沿轴线方向移动，靠纵向重合度大于一来获得连续传动。特点是接触强度和承载能力高，易于形成油膜，无根切现象，齿面磨损较均匀，跑合性能好；但对中心距、切齿深和螺旋角的误差敏感性很大，故对制造和安装精度要求高。7）摆线齿轮传动用摆线作齿廓的齿轮传动。这种传动齿面间接触应力较小，耐磨性好，无根切现象，但制造精度要求高，对中心距误差敏感，仅用于钟表及仪表中。8）行星齿轮传动具有动轴线的齿轮传动。行星齿轮传动类型很多，不同类型的性能相差很大，根据工作条件合理地选择类型是非常重要的。常用的是由太阳轮、行星轮、内齿轮和行星架组成的普通行星传动。行星齿轮传动一般是由平行轴齿轮组合而成，具有尺寸小、重量轻的特点，输入轴和输出轴可在同一直线上。其应用愈来愈广泛。4.2传动组合的确定传动组合可分为以下5种形式，可根据实验要求进行选择：1）一级圆柱齿轮传动一级圆柱齿轮传动是通过装在箱体内的一对啮合齿轮的转动，动力由I轴通过其上的齿轮与II轴上的齿轮啮合，由II轴输出。两轴分别由滚动轴承支承在箱体上。2）二级圆柱齿轮传动二级齿轮传动时通过装在箱体内的两对齿轮的传动，动力由I轴通过其上的齿轮传到III轴上的齿轮，然后II轴上另外一个齿轮再通过与I轴上另一齿轮的啮合将动力从I轴上传出。3）三级圆柱齿轮传动三级齿轮传动通过装在箱体内的三对齿轮的传动，动力由I轴通过其上的齿轮传到II轴上的齿轮，然后II轴上的另外一个齿轮再通过与III轴上一齿轮的啮合将动力传到III轴上，然后三轴上的另一齿轮通过与IV轴的的齿轮啮合，将动力从IV轴上传出。4）一级锥齿轮传动锥齿轮传动机构用于传递相交轴之间的运动和动力。两轴之间的夹角一般为。动力通过I轴上的小锥齿轮与II轴上的大锥齿轮相啮合，从II轴传出，动力方向改变。5）蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆机构时应用广泛的传递两相交轴之间的运动和动力的传动机构，通常两根相交轴。它是由交错轴斜齿轮圆柱齿轮演变而来的。具有传动平稳、传动比大、具有自锁性等优点。但传动效率较低、磨损较严重。动力通过I轴传到蜗杆上，再通过蜗杆与II轴上蜗轮的啮合，将动力从II轴传出。4.3轴承的确定和与轴的配合4.3.1轴承的确定轴承是机器中广泛使用的标准件之一，它的工作性能与使用寿命，不仅取决于轴承本身的制造精度，还和与之配合的轴承孔与轴的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度、正确的选用与安装等因素密切相关。特别是工作中如何正确合理的选用轴承的配合，对提高轴承寿命，保证机器正常运转至关重要。1）轴承精度等级轴承精度等级按其外形尺寸公差与旋转精度分级。国家标准GB/T307.3—1996规定，向心轴承分为0、6、5、4、2五级，圆锥滚子轴承分0、6X、5、4四级，推力轴承分为0、6、5、4四级。其中，0级精度最低，2级精度最高。实际生产中，0级通常称为普通级，一般用于低、中速及旋转精度不高的一般场合中，应用很广；6级用于转速、旋转精度要求较高的旋转机构，如普通机床的主轴轴承；5、4级用于高速、高旋转精度要求的机构；2级用于转速很高、旋转精度很高的机构，如精密镗床主轴轴承。2）滚动轴承配合选择A负荷类型根据轴承实际工作情况，轴承套圈承受以下负荷。1定向负荷。作用在轴承上的合成径向负荷为一定值向量(如齿轮的作用力)，该负荷与轴承外圈或内圈相对静止，该负荷始终方向不变的作用在该套圈的局部滚道上。定向载荷的特点是合成径向载荷向量与套圈相对静止，承受定向载荷的套圈一般可选用较松的配合。2旋转负荷。承受回转载荷的套圈与轴或外壳孔应选用过度或过盈配合。若以间隙配合安装，轴承套圈与轴或外孔之间将会发生打滑现象，接触面因而磨损，并由于摩擦发热，使温度急剧升高，轴承很快损坏。3摆动负荷。轴承承受摆动载荷时，特别是承受中载荷时，内外圈均应采用过盈配合。内圈旋转时，通常内圈采用回转载荷时的配合，但有时外圈必须在轴承箱内轴向游动或其载荷较轻时，可采用比回转载荷稍松的配合。B配合的选择当套圈受定向负荷时，其配合一般要选得松些，甚至可有小的间隙，以便在滚动体摩擦力矩的作用下，让套圈有可能产生少许转动，从而使滚道磨损均匀，提高轴承使用寿命。一般选用过渡配合或极小间隙的间隙配合。当套圈受旋转负荷时，为防止套圈在轴颈或外壳孔的配合面上打滑，引起配合表面发热、磨损、配合应选得紧些，一般选用过盈量较小的过盈配合或过盈量较大的过渡配合。当套圈受摆动负荷时，选择其配合的松紧程度，一般与受旋转负荷的配合相同或稍松些。C其他因素热胀会使轴承内圈与轴配合可能松动，外圈与机座配合可能变紧，所以选择配合时，还要考虑工作温度的影响。对于轴承安装与拆卸方便而言，宜采用较松的配合，特别是对重型机械用的大型或特大型轴承尤为重要。对于承受负荷较大且要求较高旋转精度的轴承，为消除弹性变形和振动的影响，应避免采用间隙配合。[14]综上所述,应根据传动零件的受力方向，选出所需轴承：①如仅受轴向力或受轴向力很小时，应该选用深沟球轴承。②如轴向力较大时，应该选用圆锥滚子轴承。这种轴承必须成对使用（正装或反装），放在轴的两端各一个或轴的一端两个，另一端放其它型号轴承；也可悬臂布置。但这种轴承间隙必须调整。[注]轴承的种类很多，应根据受力特点合理选用。本实验箱仅提供两种常用的轴承供选用。4.3.2轴承的配合与固定1轴承的外圈与轴承座（或箱体）配合不宜过紧，工作时外圈能够微动，使外圈滚道磨损均匀，可延长轴承使用寿命。外圈的固定参看下图1、2。图1图22轴承内圈与轴的配合较紧，尤其是在传递大功率时，应采用过盈配合。安装时，要将轴承在油中预加热，且在拆卸时要用轴承抓子，装配时要用压力机。使用本实验箱时，因考虑到轴承要经常重复拆装，所以不宜配合得过紧，以免拆卸困难。轴承内圈的固定可采用卡环、轴端挡圈、锁紧螺母、套环等。4.4轴装配方案的确定轴是组成机器的主要零件之一，一切作回转运动的传动零件（例如齿轮、蜗轮等），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要公用是支撑回转零件及传递运动和动力。(1)拟定轴上零件的装配方案它时进行轴的结构设计的前提，决定着轴的基本形所谓装配方案，就是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关系。(2)轴上零件的定位为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上的零件除了有游动或空转的要求外，都必须进行轴向和周向定位。各轴段直径和长度的确定零件在轴上的定位和装拆方案确定以后，轴的形状便大体确定。各轴段所需的直径与轴上的载荷大小有关。在进行轴的结构设计之前，通常已能求得轴所受的扭矩，因此，可按轴所受的扭矩初步估算轴所需的直径,d。然后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从处起逐一确定各轴段的直径，在实际设计中，轴的直径亦可凭设计者的经验取定，或参考同类机器用类比的方法确定。最后确定装配方案如图：二级圆柱齿轮减速器二级圆锥-圆柱齿轮减速器三级圆锥-圆柱齿轮减速器5结束语经过这一段时间的文献资料的查阅，了解到齿轮减速器的应用非常广泛，国内外对齿轮减速器的研究与设计也很多，但是对于齿轮减速器应用在实验台的研究有点少。所以对齿轮减速器应用在实验台的设计和研究是很有必要的，本文所设计的齿轮轴系实验台对后续能够顺利进入大学以及更高学府的学生来说是很有益处的，学生在学校里学到的几乎都是理论知识，都是书本上的，实践经验是很缺乏的，这就使得很多学生在走上工作岗位以后不能很好的进入工作状态，不能把所学到的知识正确的运用到实践当中去。本文的设计为我们的后背更好的完成实验提供了实践平台，使得他们更好的了解机械设计这门课程是解决什么问题