同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)正文.doc

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1、無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 引言 國外減速器現(xiàn)狀?齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機(jī)械傳動(dòng)裝置。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)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(dòng)形式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積和重量問題，也未解決好。最近報(bào)導(dǎo)，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(dòng)原理和結(jié)構(gòu)上與本項(xiàng)目類似或相近，都為目前先進(jìn)的齒輪減速器。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動(dòng)比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長

2、的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進(jìn)材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還在傳動(dòng)原理和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新，平動(dòng)齒輪傳動(dòng)原理的出現(xiàn)就是一例。減速器與電動(dòng)機(jī)的連體結(jié)構(gòu)，也是大力開拓的形式，并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)形式和多種功率型號(hào)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(jī)器人等領(lǐng)域中，微型發(fā)動(dòng)機(jī)已基本研制成功，美國和荷蘭近期研制分子發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸在納米級(jí)范圍如能輔以納米級(jí)的減速器，則應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。 1．國內(nèi)減速器現(xiàn)狀?國內(nèi)的減速器多以齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)，特別是大型的減速器問題更突出，使

3、用壽命不長。國內(nèi)使用的大型減速器（500kw以上），多從國外（如丹麥、德國等）進(jìn)口，花去不少的外匯。60年代開始生產(chǎn)的少齒差傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)、諧波傳動(dòng)等減速器具有傳動(dòng)比大，體積小、機(jī)械效率高等優(yōu)點(diǎn)?。但受其傳動(dòng)的理論的限制，不能傳遞過大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在傳動(dòng)的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。90年代初期，國內(nèi)出現(xiàn)的三環(huán)（齒輪）減速器，是一種外平動(dòng)齒輪傳動(dòng)的減速器，它可實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速器輕，結(jié)構(gòu)簡單，效率亦高。由于該減速器的三軸

4、平行結(jié)構(gòu)，故使功率/體積（或重量）比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線上，這在使用上有許多不便。北京理工大學(xué)研制成功的"內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器"不僅具有三環(huán)減速器的優(yōu)點(diǎn)外，還有著大的功率/重量（或體積）比值，以及輸入軸和輸出軸在同一軸線上的優(yōu)點(diǎn)，處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。國內(nèi)有少數(shù)高等學(xué)校和廠礦企業(yè)對(duì)平動(dòng)齒輪傳動(dòng)中的某些原理做些研究工作，發(fā)表過一些研究論文，在利用擺線齒輪作平動(dòng)減速器開展了一些工作。二、平動(dòng)齒輪減速器工作原理簡介,平動(dòng)齒輪減速器是指一對(duì)齒輪傳動(dòng)中，一個(gè)齒輪在平動(dòng)發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)下作平面平行運(yùn)動(dòng)，通過齒廓間的嚙合，驅(qū)動(dòng)另一個(gè)齒輪作定軸減速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)的作用。平動(dòng)發(fā)生器可采用平行四邊形機(jī)構(gòu)

5、，或正弦機(jī)構(gòu)或十字滑塊機(jī)構(gòu)。本成果采用平行四邊形機(jī)構(gòu)作為平動(dòng)發(fā)生器。平動(dòng)發(fā)生器可以是虛擬的采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，也可以是實(shí)體的采用平行四邊形機(jī)構(gòu)。有實(shí)用價(jià)值的平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)為內(nèi)嚙合齒輪機(jī)構(gòu)，因此又可以分為內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)兩種情況。外平動(dòng)齒輪減速機(jī)構(gòu)，其內(nèi)齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)外齒輪并作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。該機(jī)構(gòu)亦稱三環(huán)（齒輪）減速器。由于內(nèi)齒輪作平動(dòng)，兩曲柄中心設(shè)置在內(nèi)齒輪的齒圈外部，故其尺寸不緊湊，不能解決體積較大的問題。?內(nèi)平動(dòng)齒輪減速，其外齒輪作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒輪作減速轉(zhuǎn)動(dòng)輸出。由于外齒輪作平動(dòng)，兩曲柄中心能設(shè)置在外齒輪的齒圈內(nèi)部，大大減少了機(jī)構(gòu)整體尺寸。由于內(nèi)平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效

6、率高、體積小、輸入輸出同軸線，故由廣泛的應(yīng)用前景。? 三、本項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)? 1.本項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn),本新型的"內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器"與國內(nèi)外已有的齒輪減速器相比較，有如下特點(diǎn)：（1）傳動(dòng)比范圍大，自I=10起，最大可達(dá)幾千。若制作成大傳動(dòng)比的減速器，則更顯示出本減速器的優(yōu)點(diǎn)。（2）傳遞功率范圍大：并可與電動(dòng)機(jī)聯(lián)成一體制造。（3）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕。比現(xiàn)有的齒輪減速器減少1/3左右。（4）機(jī)械效率高。嚙合效率大于95%，整機(jī)效率在85%以上，且減速器的效率將不隨傳動(dòng)比的增大而降低，這是別的許多減速器所不及的。 （5）本減速器的輸入軸和輸出軸是在同一軸線上。本減速器與其它減速器的性能比

7、較見表1。因缺少數(shù)據(jù)，表中所列的各減速器的功率/重量比是最優(yōu)越的。?表1?各類減速器比較 型號(hào) 功率（kw） 減速比 質(zhì)量（kg） QI-450? 93 31.5 1820 ZSY-250? 95 31.5 540 NGW-92 88.1 31.5 577 SEW(德國)? 90 28.61 1300 NP-100? 100 30 400 注：NP-100為內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器，SEW減速器的質(zhì)量含電機(jī)。2.本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)?由圖2可知，"內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器"是由內(nèi)齒輪Z2、外齒輪Z1和平行四邊形機(jī)構(gòu)組合而成的。它的傳動(dòng)原理是：電機(jī)輸入旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，外齒輪作平行移動(dòng)，其圓心的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)圓，與之嚙合的

8、內(nèi)齒輪則作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)橥恺X輪作平行移動(dòng)，所以稱謂平動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)。齒輪的平行移動(dòng)需要有輔助機(jī)構(gòu)幫助實(shí)現(xiàn)的，可采用（6~12副）銷軸、滾子作為虛擬輔助平動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可以采用偏心軸作為實(shí)體輔助平動(dòng)機(jī)構(gòu)。內(nèi)平動(dòng)齒輪減速器的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵工藝是組成平行四邊形構(gòu)件的尺寸計(jì)算及其要求的加工精度、輪齒主要參數(shù)的選擇。這些因數(shù)都將影響傳動(dòng)的能力和傳動(dòng)的質(zhì)量?？偟恼f，組成本減速器的各零部件都要求有較高的精度，它們將決定著減速器的整體傳動(dòng)質(zhì)量。3.本項(xiàng)目的概況本項(xiàng)目已獲得中國實(shí)用新型專利，專利號(hào)：ZL95227767.0?。?本項(xiàng)目自1995年試制出第一臺(tái)樣機(jī)（功率2.5kW，傳動(dòng)比I=32）后，陸續(xù)與一些廠礦合作，

9、設(shè)計(jì)了下面幾種不同功率、不同傳動(dòng)比的減速器。（1）電動(dòng)推拉門用減速器，功率550W，傳動(dòng)比I=26，與電機(jī)連成一體。（2）攪拌機(jī)用減速器，功率370W，傳動(dòng)比I=17。（3）某軍品用的兩種減速器，一種功率370W，傳動(dòng)比I=23.5；另一種功率370W，傳動(dòng)比I=103的二級(jí)傳動(dòng)減速器。（4）鋼廠大包回轉(zhuǎn)臺(tái)減速器，功率7.5kw，傳動(dòng)比I=64。（5）鋼廠輥道減速器，功率7.5kw，傳動(dòng)I=11。在本專利的基礎(chǔ)上，已研制出一種新型超大型減速器，功率可達(dá)1000kw，目前正在研制超小型（外型尺寸為毫米級(jí)）的微型減速器。 2．市場需求 分析 1.市場需求前景?同平動(dòng)齒輪減速器由于體積小，重量輕，

10、傳動(dòng)效率高，將會(huì)節(jié)省可觀的原料和能源。因此，本減速器是一種節(jié)能型的機(jī)械傳動(dòng)裝置，也是減速器的換代產(chǎn)品。?本減速器可廣泛應(yīng)用于機(jī)械，冶金、礦山、建筑、航空、軍事等領(lǐng)域。特別在需要較大減速比和較大功率的各種傳動(dòng)中有巨大的市場和應(yīng)用價(jià)值。 2.社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益?現(xiàn)有的各類減速器多存在著消耗材料和能源較多，對(duì)于大傳動(dòng)比的減速器，該問題更為突出。而本新型減速器具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。由于減速裝置在各部門中使用廣泛，因此，人們都十分重視研究這個(gè)基礎(chǔ)部件。不論在減小體積、減輕重量、提高效率、改善工藝、延長使用壽命和提高承載能力以及降低成本等等方面，有所改進(jìn)的話，都將會(huì)促進(jìn)資源（包括人力、材料和動(dòng)力）的節(jié)省。 可以預(yù)見，

11、本新型減速器在國內(nèi)外市場中的潛力是很大的，特別是我國超大型減速器（如水泥生產(chǎn)行業(yè)，冶金，礦山行業(yè)都需要超大型減速器）大多依靠進(jìn)口，而本減速器的一個(gè)巨大優(yōu)勢就是可以做超大型的減速器，完全可以填補(bǔ)國內(nèi)市場的空白，并將具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目：設(shè)計(jì)一用于帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)裝置中的同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器 一． 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)： 1. 組成：傳動(dòng)裝置由電機(jī)、減速器、工作機(jī)組成。 2. 特點(diǎn)：齒輪相對(duì)于軸承不對(duì)稱分布，故沿軸向載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度。 3. 確定傳動(dòng)方案：考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速高，傳動(dòng)功率

12、大，將V帶設(shè)置在高速級(jí)。 其傳動(dòng)方案如下： 1—電動(dòng)機(jī)；2—聯(lián)軸器；3—齒輪減速器；4—帶式運(yùn)輸機(jī)；5—鼓輪；6—聯(lián)軸器 一． 工作情況： 載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn) 二． 原始數(shù)據(jù) 鼓輪的扭矩T（Nm）：850 鼓輪的直徑D（mm）：350 運(yùn)輸帶速度V（m/s）：0.7 帶速允許偏差（％）：5 使用年限（年）：5 工作制度（班/日）：2 三． 設(shè)計(jì)內(nèi)容 ⒈電動(dòng)機(jī)的選擇與運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算； ⒉斜齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 ⒊軸的設(shè)計(jì) ⒋滾動(dòng)軸承的選擇 ⒌鍵和連軸器的選擇與校核； ⒍裝配圖、零件圖的繪制 ⒎設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的編寫 四． 設(shè)計(jì)任務(wù)

13、 ⒈減速器總裝配圖一張 ⒉齒輪、軸零件圖各一張 ⒊設(shè)計(jì)說明書一份 五． 設(shè)計(jì)進(jìn)度 第一階段：總體計(jì)算和傳動(dòng)件參數(shù)計(jì)算 第二階段：軸與軸系零件的設(shè)計(jì) 第三階段：軸、軸承、聯(lián)軸器、鍵的校核及草圖繪制 第四階段：裝配圖、零件圖的繪制及計(jì)算說明書的編寫 傳動(dòng)方案的擬定及說明 由題目所知傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型為：同軸式二級(jí)圓柱齒輪減速器。故只要對(duì)本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析論證。 本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：減速器橫向尺寸較小，兩大吃論浸油深度可以大致相同。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軸向尺寸大，中間軸較長、剛度差，中間軸承潤滑較困難。 電動(dòng)機(jī)的選擇 1． 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)的選擇 因?yàn)楸緜鲃?dòng)的工作狀況是：載荷

14、平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)。所以選用常用的封閉式Y(jié)（IP44）系列的電動(dòng)機(jī)。 2． 電動(dòng)機(jī)容量的選擇 KW ⑴工作機(jī)所需功率Pw KW Pw＝3.4kW 2 電動(dòng)機(jī)的輸出功率 所以 KW 由電動(dòng)機(jī)到運(yùn)輸帶的傳動(dòng)總功率為 η＝＝0.904 Pd＝3.76kW 3． 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 nd＝（i1’i2’…in’）nw 初選為同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的電動(dòng)機(jī) 方案 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率 KW 同步轉(zhuǎn)速 r/min 額定轉(zhuǎn)速 r/min 重量 N 總傳動(dòng)比

15、 1 Y112M-2 4 1500 1440 470 125.65 2 Y132M1-6 4 1000 960 730 83.77 3 Y160M1-8 4 750 720 1180 62.83 4．電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定 由(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書p119)查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M1-6,其額定功率為4kW，滿載轉(zhuǎn)速960r/min?；痉项}目所需的要求。其參數(shù)如下： 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及其分配 1． 計(jì)算總傳動(dòng)比 由電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速nm和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速nw可確定

16、傳動(dòng)裝置應(yīng)有的總傳動(dòng)比為： i＝nm/nw nw＝38.4 i＝25.14 2． 合理分配各級(jí)傳動(dòng)比 由于減速箱是同軸式布置，所以i1＝i2。 因?yàn)閕＝25.14，取i＝25，i1=i2=5 速度偏差為0.5%<5%，所以可行。 各軸轉(zhuǎn)速、輸入功率、輸入轉(zhuǎn)矩 項(xiàng) 目 電動(dòng)機(jī)軸 高速軸I 中間軸II 低速軸III 鼓 輪 轉(zhuǎn)速（r/min） 960 960 192 38.4 38.4 功率（kW） 4 3.96 3.84 3.72 3.57 轉(zhuǎn)矩（Nm） 39.8 39.4 191 925.2 888.4 傳動(dòng)比 1 1

17、 5 5 1 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 傳動(dòng)件設(shè)計(jì)計(jì)算 1． 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1） 材料及熱處理； 選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 2） 精度等級(jí)選用7級(jí)精度； 3） 試選小齒輪齒數(shù)z1＝20，大齒輪齒數(shù)z2＝100的； 4） 選取螺旋角。初選螺旋角β＝14 2． 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 因?yàn)榈退偌?jí)的載荷大于高速級(jí)的載荷，所以通過低速級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算 按式（10—21）試算，即 dt≥ 1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值

18、試選Kt＝1.6 （1） 選取區(qū)域系數(shù)ZH＝2.433 （2） 選取尺寬系數(shù)φd＝1 （3） 查得εα1＝0.75，εα2＝0.87，則εα＝εα1＋εα2＝1.62 （4） 查得材料的彈性影響系數(shù)ZE＝189.8Mpa （5） 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1＝600MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限σHlim2＝550MPa； （6） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1＝60n1jLh＝601921（283005）＝3.3210e8 N2＝N1/5＝6.64107 （7） 查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1＝0.95；KHN2＝0.98 （8） 計(jì)

19、算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，由式（10－12）得 [σH]1＝＝0.95600MPa＝570MPa [σH]2＝＝0.98550MPa＝539MPa [σH]＝[σH]1＋[σH]2/2＝554.5MPa 2） 計(jì)算 （1） 試算小齒輪分度圓直徑d1t d1t≥ ==67.85 （2） 計(jì)算圓周速度 v===0.68m/s （3） 計(jì)算齒寬b及模數(shù)mnt b=φdd1t=167.85mm=67.85mm mnt===3.39 h=2.25mnt=2.25

20、3.39mm=7.63mm b/h=67.85/7.63=8.89 (4)計(jì)算縱向重合度εβ 　　　　　　εβ==0.3181tan14=1.59 (5)計(jì)算載荷系數(shù)K 已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1 根據(jù)v=0.68m/s,7級(jí)精度，由圖10—8查得動(dòng)載系數(shù)KV=1.11；由表10—4查的KHβ的計(jì)算公式和直齒輪的相同， 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.61)11+0.231067.85=1.42 查得KFβ=1.36 查得KHα=KHα=1.4。故載荷系數(shù) K=KAKVKHαKHβ=11.031.41.4

21、2=2.05 (6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10—10a）得 d1==mm=73.6mm (7)計(jì)算模數(shù)mn mn =mm=3.74 3． 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式(10—17) mn≥ 1） 確定計(jì)算參數(shù) （1） 計(jì)算載荷系數(shù) K=KAKVKFαKFβ=11.031.41.36=1.96 （2） 根據(jù)縱向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59，從圖10－28查得螺旋角影響系數(shù) Yβ＝0。88 （3） 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) z1=z1/cosβ=20/cos14

22、=21.89 z2=z2/cosβ=100/cos14=109.47 （4） 查取齒型系數(shù) 由表10－5查得YFa1=2.724；Yfa2=2.172 （5） 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表10－5查得Ysa1=1.569；Ysa2=1.798 （6） 計(jì)算[σF] σF1=500Mpa σF2=380MPa KFN1=0.95 KFN2=0.98 [σF1]=339.29Mpa [σF2]=266MPa （7） 計(jì)算大、小齒輪的并加以比較 ==0.0126 ==0.01468 大齒輪的數(shù)值大。 2） 設(shè)計(jì)計(jì)算 mn≥=2.4 mn=2.5 4． 幾何尺寸計(jì)算 1） 計(jì)算中心距 z1=32.9，取z1=33 z2=165 a=255.07mm a圓整后取255mm 11