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2011 屆本科畢業(yè)設(shè)計(論文)
外文文獻翻譯
學(xué) 院： 機械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機械工程及自動化(機械制造)
姓 名： 楊 堯
學(xué) 號： 070607109
(用外文寫)
外文出處： CHINESE JOURNAL OF
MECHNICAL ENGINEERING
Vol.22，No.5,2009
附 件： 1.外文資料翻譯譯文2.外文譯文
附件1：外文資料翻譯譯文
基于范例推理的兩級齒輪減速器設(shè)計系統(tǒng)的研究
Ji Aimin1，2，*HUANG Quansheng1，XU Huanmin1，andCHEN Zhengming3
1 College ofMechanical and Electrical Engineering,Hohai University,Changzhou 213022，China
2 StateKeyLab ofCAD&CG,Zh~iang University,Hangzhou 310058,China
3 College ofComputer and Information Engineering,Hohai University,Changzhou 213022，China
Received November 18，2008；revised May 22，2009；accepted August 10，2009；published electronically August 14，2009
摘要：兩級齒輪減速器的設(shè)計是一個繁瑣并且耗時的過程。為了提高設(shè)計過程的效率和智能化，兩級齒輪減速器的設(shè)計應(yīng)用了基于范例推理（CBR）技術(shù)。首先，分析兩級齒輪減速器目前的設(shè)計理論并描述CBR的原則。第二，根據(jù)減速器的特點，研究CBR的三項關(guān)鍵技術(shù)并提供如下相關(guān)理論：(a)一個面向?qū)ο蟮闹R表示方法 （b）一種與鄰近歸納索引相結(jié)合的檢索方法 （c）一個結(jié)合基于人工修正規(guī)則修正的自適應(yīng)算法案例。同樣，為了提高案例檢索的可信度，出現(xiàn)了一種新的確定特征權(quán)重的方法和一種相似的算法，即一種帶有層次分析法（AHP）的組合加權(quán)法和粗糙集理論。最后根據(jù)上面的分析結(jié)果，基于CBR的兩級齒輪減速器設(shè)計系統(tǒng)由VC++，UG和Access2003開發(fā)完成。該項研究提供了一種設(shè)計兩級齒輪減速器的新方法。如果上述開發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)用于設(shè)計兩級齒輪減速器，設(shè)計的效率將會得到提高，這使得設(shè)計者能夠從齒輪減速器繁瑣的設(shè)計中解脫出來，以便于將更多的努力放在創(chuàng)新設(shè)計上，該研究結(jié)果充分體現(xiàn)了在設(shè)計機械零件過程中，CBR技術(shù)的可行性和有效性。
關(guān)鍵詞：兩級齒輪減速器，基于范例推理（CBR），特征權(quán)重，相似性
1 簡介
傳統(tǒng)的兩級齒輪減速器的設(shè)計方法是一個相當(dāng)耗時的過程。甚至目前CAD都被應(yīng)用于其設(shè)計過程，傳統(tǒng)設(shè)計方法的局限至今仍沒有得到消除。為了改變這種情況，許多人已經(jīng)做了關(guān)于減速器設(shè)計方法的研究，主要包括減速器的參數(shù)化設(shè)計和專家系統(tǒng)（ES）。這兩種方法都有其各自的缺點：在參數(shù)化設(shè)計中需要考慮每個部件之間的關(guān)系，因為一個參數(shù)的變化可能使得減速器的參數(shù)或是結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這就要求設(shè)計師來熟悉減速器，并能使用設(shè)計軟件包括參數(shù)化設(shè)計的功能。此外在減速器的專家系統(tǒng)中知識的獲取是非常困難的，這是因為一些專家的知識很難用規(guī)則來表達(dá)。基于范例推理（CBR）可以改善這兩種缺點。在CBR中一個新的案例是在一個即存的案例的基礎(chǔ)上完成的，所以新的案例可以通過修改某些部分或直接使用即存案例，并且由于在CBR中基本的知識就是案例，因此案例的獲取要比規(guī)則的獲取容易的多[1-2]。事實上，案例通常要比規(guī)則或是模型提供更多的信息[3]。SUN， et al[4]開發(fā)了一個基于CBR的智能夾具設(shè)計系統(tǒng)。KW0NG, et al[5]，介紹了一種由先進的CBR系統(tǒng)來確定適當(dāng)?shù)淖⑺軈?shù)的方法。LIU, et al[6]，提出了一種與聚類技術(shù)相結(jié)合的檢索算法來定位在基礎(chǔ)案例中的個案，并且給出了一個基礎(chǔ)案例來說明CBR系統(tǒng)在機械設(shè)計中的可行性。PETER[7]開發(fā)了一種在接觸力學(xué)領(lǐng)域?qū)ν评眍A(yù)處理階段的工程分析提供智力支持的自動化知識系統(tǒng)。XIONG，et al[8]提供了一個基于CBR的既實用又有創(chuàng)意的概念設(shè)計方法，其體現(xiàn)了工業(yè)設(shè)計方面的知識。這個系統(tǒng)縮短了概念設(shè)計的過程，幫助設(shè)計者們，并為后續(xù)開發(fā)提供了一個案例。然而上述成果更注重于CBR的基礎(chǔ)研究而不是與機械產(chǎn)品相結(jié)合的CBR技術(shù)。因此，我們以兩級齒輪減速器為例，對基于CBR的機械零件加工工藝進行討論。
2 CBR的關(guān)鍵技術(shù)
CBR是一種類似或類比的方法。當(dāng)一個CBR系統(tǒng)解決一個新問題，它會從先前的案例中重新獲取一個或多個與新問題最相似的案例，并且在修改的情況下，使其滿足新的情況。CBR的流程被顯示在Fig.1中。根據(jù)CBR的流程，基于案例推理（CBR）的產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)的發(fā)展需要解決一些問題，包括案例描述，案例檢索，案例修正，案例研究和案例庫維護，其中案例描述，案例檢索以及案例修正被稱作三大關(guān)鍵技術(shù)。
案例描述是指那些案例以一些電腦能夠識別的傳統(tǒng)標(biāo)志，并按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行編碼的功能。案例可以由一些方法進行描述，其中包括幀、對象謂語、語義網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則等等，其中幀和對象謂語是最常用的方法。
案例檢索是一個按照特征參數(shù)索引值及其相似性來發(fā)現(xiàn)一個相關(guān)聯(lián)的案例或是更多類似的案例。Ref[9]將案例檢索分作三個部分：特征識別、初步匹配以及最優(yōu)選擇。而本文將案例檢索分作四部分：關(guān)鍵特征的提取、特征識別、初步匹配和最優(yōu)選擇。數(shù)據(jù)采集的觀測資料通常包括許多特征屬性，而有些屬性卻與數(shù)據(jù)采集無關(guān)。那些不相關(guān)的屬性會影響數(shù)據(jù)采集的效率。去除無關(guān)的屬性可以改善數(shù)據(jù)采集的效率，使數(shù)據(jù)采集的結(jié)果更容易理解。關(guān)鍵特征提取的目的是為了從案例庫中提取關(guān)鍵特性來確立有效的指標(biāo)。特征識別的目的是要選出新案例的關(guān)鍵特征。特征識別常指關(guān)鍵特征的提取。由于其包含了豐富的特征屬性，兩級齒輪減速器的關(guān)鍵特征的提取便更為重要。這些典型的實例檢索方法包括最鄰近法，索引歸納法，信息導(dǎo)引法，信息神經(jīng)元索引法和模板檢索法。
3 基于案例推理（CBR）的兩級齒輪減速器的設(shè)計
3.1 案例庫的建立
3.1.1 案例描述
本文使用的是面向?qū)ο髮拥囊粋€案例表示模型[11-12]，這向上一層的軟件提供了一個統(tǒng)一的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，即，提供各式面向?qū)ο蟮母拍?、?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作維護和靈活性的擴張，并給出了具體的關(guān)系保護模型，并按照映射原理和轉(zhuǎn)換機理建立一個透明的對象，并對其進行合理且有效的管理。映射原理的對象模型是上一層面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型和底層數(shù)據(jù)庫的關(guān)系模型之間的一種轉(zhuǎn)換關(guān)系。對象模型層，數(shù)據(jù)庫，以及其他功能模型間的關(guān)系顯示在Fig.2上。
兩級齒輪減速器是一個復(fù)雜的組合，為了案例表述的方便，我們將兩級齒輪減速器分成五個組件類和兩個部分組。
五個組件類是由高速齒輪組、低速齒輪組、高速軸和軸承、中速軸和軸承以及低速軸和軸承，兩個部分組是箱體蓋和箱體。這些組件類可以拆分成部分組。最終每個部分組將會映射到其潛在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的位置。因此兩級減速器的對象知識模型顯示在Fig.3中。
3.1.2 案例庫的建立
根據(jù)Fig.3中顯示的兩級減速器的案例表述模型，兩級齒輪減速器的特征屬性值和他們的成分都投射到數(shù)據(jù)庫的底層，從而建立了案例庫。在底層的數(shù)據(jù)庫中，每個目錄都包括了“案例序號”。這種關(guān)系在每個部分的映射表和減速器的映射表之間由“案例序號”來建立的。Fig.4顯示了在兩級齒輪減速器的數(shù)據(jù)庫軟件的案例庫儲存模式是屬于Access的。由于空間有限，本文并不細(xì)述部分組在Access中的儲存模式。
3.2 案例檢索
本文運用的是最鄰近法和索引歸納法相結(jié)合的檢索方法，這是因為兩級齒輪減速器設(shè)計是一個有著長時期的經(jīng)驗過程，而且是在兩級齒輪減速器包括多種案例的情況下。因此最好使用索引歸納法來進行完整的檢索，并且使用最鄰近法來得到一個良好的
檢索。Fig.5顯示了詳細(xì)的檢索過程?，F(xiàn)在本文將依次描述基于案例推理的二級齒輪減速器設(shè)計的案例檢索的子過程和方法。
3.2.1關(guān)鍵特性的提取
源案例庫的特征是在關(guān)鍵特性的提取之前就得到預(yù)處理。 （1）數(shù)據(jù)的預(yù)處理。定量參數(shù)的離散歸一化的處理過程是通過相同頻率的區(qū)間轉(zhuǎn)化為定性參數(shù)[13]。等頻率區(qū)間處理的原理是為了在每個小的區(qū)間擁有大部分相同數(shù)量的數(shù)據(jù)時，將原區(qū)間分為N個小區(qū)間（N是由用戶提供的離散數(shù)據(jù)）。第一個和最后一個區(qū)間在本文中將會得到延長：第一個區(qū)間的上限值改到零，最后一個區(qū)間的下限改為無窮，這是為了確保一個新案例的屬性值能有新的區(qū)間與之對應(yīng)，因為基于案例推理（CBR）是一個不斷研究的過程（案例的數(shù)量將會不斷增加），并且避免在增加一個新的案例和檢索新的案例而不超過源案例庫的屬性值時，將小的區(qū)間再次分割。N個區(qū)間被標(biāo)識為0,1,2,3，···，n-1。定性特征屬性以升序或是降序被分配到區(qū)間[0,1]中。例如，“精密級減速器”有三個可供用戶選擇的源案例庫：類7，類8和類9。類7,8,9分別按照上述方法表示為1，0.5，0.屬性值的布爾屬性也很容易確定，相同的是1，不相同的是0。
（2）關(guān)鍵特性的選擇。這些清晰的無關(guān)的特征在數(shù)據(jù)采集中并沒有被直接考慮到。然而許多特征在數(shù)據(jù)采集中的重要性卻很難被認(rèn)識到。這些特征是由有效的策略選擇出來的。另一方面本文使用決策樹技術(shù)按照信息量來選擇關(guān)鍵特性。決定指數(shù)樹是由關(guān)鍵特征建立的。該算法得到的信息可以用作決策屬性的參考。兩級減速器的關(guān)鍵特性選擇如下。Table.1給出了源案例庫。
首先，數(shù)據(jù)采集中顯著的無關(guān)特性會被直接剔除。其他由離散歸一化處理的特性轉(zhuǎn)化成了定性屬性，然后按照上述算法的信息增益進行挑選。其次，根據(jù)上述的等頻率區(qū)間，傳遞功率的屬性大致可以非為三個小區(qū)間：（0,10），[10,20]，（20，+∞）。定性數(shù)值的范圍分別表示為0,1,2。傳動比，壽命以及傳遞效率的屬性被分作幾個相對應(yīng)的小區(qū)間（傳動比：（0,15），和（15，+∞）；壽命：（0,350000），（350000,420000）和（42000，+∞）；傳遞效率：（0，0.94）和（0.94,1））。每個數(shù)字范圍區(qū)間都由0,1…按照順序進行排列。齒輪傳動的布局的屬性被分為兩類。已成型的用0表示，還在加工的用1表示。離散化處理的結(jié)果見Table.2。
排列形式的屬性被看作識別屬性，而其他屬性被看作決策屬性。按照識別屬性，案例庫被分為兩類（m=2）。第一類由六個案例組成，其排列形式是擴大形式（r1=6），而第二類是由其他案例所組成，這些案例的排列形式是同軸形式（r2=4）。根據(jù)信息增益算法，很容易獲得以下信息增益的所有屬性：Gp=0.29，Gt=0.12，GLh=0.29，Gη=0.01；這里，Gp表示的是傳遞功率的增益，Gi表示傳動比的增益，GLh表示壽命的增益，Gη表示傳動效率的增益。因此傳遞功率，傳動比和壽命的屬性都可以以關(guān)鍵特性形式從所有特征屬性值中獲得。
3.2.1 初步匹配
初步匹配是這么一個過程，即從案例庫中選出與當(dāng)前設(shè)計實例相關(guān)的一組案例。這個過程是由所有關(guān)鍵特征和決策信息增益計算所建立的索引表所實現(xiàn)的。建立的索引表在Fig.6中顯示出來。案例的初步匹配完全是在索引表的基礎(chǔ)上建立起來的。
3.2.2 最優(yōu)選擇
最優(yōu)選擇是從初步匹配的案例中選出最佳案例的過程。最優(yōu)案例是由最鄰近法選擇的，所以它對關(guān)鍵特征權(quán)重的計算和案例相似性的是不可缺少的。
（1） 特征權(quán)重
特征權(quán)重是被用來計算特征的重要性。它可以影響邏輯結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)原始信息源，確定特征權(quán)重的方法被分為兩類：主觀法和客觀法。主觀法的信息來自于專家的經(jīng)驗，而客觀發(fā)的信息來自于原始的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。兩類方法中具有代表性的方法是層次分析法（AHP）[14-15]和粗糙集理論[12]。層次分析法（AHP）是一種決策問題被分為一些包括目標(biāo)、規(guī)則、工程等的一些層次的決策方法，并且定性分析法和定量分析法是可以被引導(dǎo)的。使αij表示特征i與特征j比較的重要性的度量。由層次分析法（AHP）得到的特征i的權(quán)重ω1i可以由下面這個公式計算得到。
粗糙集理論是一種針對知識分類的數(shù)據(jù)推理方法，主要適用于分析知識簡約性和特征屬性之間的可靠性，并且能解決特征屬性權(quán)重的相似性度量的問題。按照特定分類，它能通過既存信息來評判所有特征的重要性。關(guān)于權(quán)重計算的相關(guān)公式如下：
這里 γ（C,D）—屬性即C和D的可靠度
|POS（C,D）|—合集中要素的序號
SGF（a，C,D）—屬性a屬性集D的重要性，a屬于C
SGF(C-{i},D)—屬性i的重要程度
ω2i—由粗糙集理論獲得的特征i的權(quán)重
本文運用一種層次分析法（AHP）和粗糙集理論相結(jié)合的方法來彌補兩種方法的缺點。這種聯(lián)合法是根據(jù)線性疊加原理進行組合。這種物質(zhì)合并方式顯示在公式(5)中。
這里 ω1i—按照層次分析法獲得的特征權(quán)重
ω2i—按粗糙集理論獲得的特征權(quán)重
α—系數(shù)
根據(jù)合并的方法，減速器關(guān)鍵特征的三個權(quán)重如傳遞功率的屬性，ω1=0.52；傳動比的屬性，ω2=0.28；壽命屬性，ω3=0.20（假設(shè)α=0.5）
（2）相似性
兩級齒輪減速器的特征值是由定性參數(shù)和定量參數(shù)組成的。本文運用公式（6）和（7）來計算定量特征的相似性[16]，而定性特征的相似性和布爾特性的有兩個條件：0（不同的）或者1（相同的）。所以本文提出了一種新的關(guān)于案例相似性的算法，表示如下。
相關(guān)距離：
特征相似性：
兩個案例間的相似性：
這里 dink—案例n和案例k的第i個屬性間的相關(guān)距離，
Vni—案例n的第i個屬性的特征值，
Vki—案例k的第i個屬性的特征值，
SDink —案例n和案例k第i個屬性的相似性，
sim（n，k）—案例n和案例k的相似性，
ωt—第i個特征的權(quán)重，
n—特征序號。
假設(shè)設(shè)計其設(shè)計條件顯示于Table.3中的兩級齒輪減速器，和檢索顯示在Table.4中的兩個案例。
每個關(guān)鍵特征權(quán)重分別為0.52，0.28，0.20。案例的相似性可以按照下列公式（6）-（8）計算得到 。
3.3 案例修正
本文應(yīng)用結(jié)合修改規(guī)則和人工修改的方法來修正案例。Fig.7給出了案例修正的流程。規(guī)則包括經(jīng)驗公式，計算公式。例如，小齒輪通常是指齒寬在5-10mm的齒輪。而且條件限制是進行設(shè)計可行性評價的主要措施，正如齒輪接觸疲勞強度的檢驗公式，以及齒根彎曲疲勞強度等等。
4 系統(tǒng)開發(fā)
基于CBR的第二類箱體減速器設(shè)計系統(tǒng)的流程顯示在Fig.8中?；贑BR的兩級減速器的設(shè)計系統(tǒng)常使用VC++，UG和Access2002作為工具進行開發(fā)，這包括五個模塊：文件管理、案例檢索、案例修正、進入UG還有幫助模塊，如Fig.9所示。文件管理模塊是用來管理與案例相關(guān)文件的。案例檢索模塊是用來檢索案例和檢查被檢索到的案例的信息。案例修正模塊是用來按照案例序號修改檢索到的案例的。進入UG模塊是用來從案例庫中調(diào)用修改的參數(shù)和通過由ODBC技術(shù)及UG/Open++工具開發(fā)的及系統(tǒng)來完成三維建模。
下面的一個實際的例子被給來詮釋基于CBR系統(tǒng)的運行過程。假設(shè)設(shè)計一個二級齒輪減速器，而它的設(shè)計需要有：傳遞功率 5.36kw，傳動比為11.06，壽命為310 000h。該系統(tǒng)的運行過程如下。
（1）如Fig.10的登錄主界面所示，是進入該系統(tǒng)和輸入用戶名和密碼。
（2）Fig。11顯示的是輸入檢索條件來檢索案例，并選出最相似的案例來檢查其信息。從檢索結(jié)果中選擇案例3，是因為它的相似性最大。按照分析，我們很容易發(fā)現(xiàn)案例3和準(zhǔn)備設(shè)計的案例的偏差小于5%。所以案例3可以作為新設(shè)計的結(jié)果。
如果檢索結(jié)果和將要設(shè)計的案例間的偏差大于5%，檢索的結(jié)果便需要修正。案例修正包括全部修正和局部修正。當(dāng)最大相似性的檢索結(jié)果和將被設(shè)計的案例之間的傳遞功率屬性的偏差大于5%時，它表示沒有最佳的相似案例，這就需要重新設(shè)計。在完成設(shè)計使，需要確定新案例的相對索引值，并且新案例將被保存在案例庫中作為下一次檢索的源案例。上述過程被稱作案例研究。單最大相似性檢索結(jié)果和將要設(shè)計的案例間傳遞功率的屬性偏差小于5%，其他兩種屬性偏差可以超過允許的偏差范圍，我們通過調(diào)整齒輪傳動比和相關(guān)齒輪參數(shù)來完成案例。調(diào)整原則是在保證其他部分參數(shù)不變的情況下，修改齒輪組和支撐軸的參數(shù)。并有必要檢查修改后的齒輪組和軸的強度。按照合并規(guī)則，即檢查齒輪疲勞強度公式，檢查軸的疲勞強度公式，以及人工修改等規(guī)則檢索出的案例中，這些部分將被修正。最后，修正的案例將保存在案例庫中。例如，給出的設(shè)計數(shù)據(jù)是傳遞功率6.50kw，傳動比11.07，壽命310 000h。案例3被檢索到。眾所周知，通過計算檢索到的案例和將被設(shè)計的案例間傳遞功率的誤差是21.95%，這超出了誤差范圍5%。這就意味著案例3需要修正。修正的部分如Fig.12所示。
完成修正后，UG軟件是通過進入UG模塊運行的，而三位建模是通過使用UG二次開發(fā)程序來獲得修正模塊的相關(guān)參數(shù)。修正齒輪的參數(shù)在Fig.13中列出。
最后，修正的部分保存在案例庫中。在Fig.14中的對話框中輸入案例的名稱，其這部分的命名原則在界面的注意事項可見。
5 結(jié)束語
（1）兩級齒輪減速器的案例由面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ蛠肀硎镜?，這使得減速器表達(dá)的信息更為便利和準(zhǔn)確，并且有利于案例檢索。
（2）根據(jù)二級齒輪減速器設(shè)計的實際情形，我們提倡結(jié)合層次分析法（AHP）和粗糙集理論得到的組合加權(quán)法，這可以提高案例檢索的可信度。
（3）基于CBR的兩級齒輪減速器設(shè)計系統(tǒng)已成功地開發(fā)出來。這個系統(tǒng)使得二級齒輪減速器設(shè)計更為容易，快速和更加的智能。這種途徑可作為CBR中其他組件開發(fā)的參考。案例庫中擁有足夠的案例是基于CBR的兩級減速器設(shè)計系統(tǒng)運行的先決條件。如果特定的兩級減速器的設(shè)計要求得到滿足，相關(guān)的案例必須添加到案例庫中。
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television and electric appliances[M]．Beijing：Chemical Industry Press，2004．(in Chinese)
作者簡介
JI Aimin．born in 1965．is currently a professor and a master
candidate supervisor in College of M echanical and Electnca1
Engineering．Hohai University,China．a(chǎn)nd State Key Lab of CAD&CG．Zheiiang University,China．He received his PhD degree from University of Science and Technology of China in
2001． His research interests include digital design and
manufacturing，Coriolis mass flow measurement system，etc．
Te1：+86-519—85l91959；E-mail：jam@ustc．edu
HUANG Quansheng，born in 1983，is currently a master
candidate in College of M echanical and Electrical Engineering，
Hohai University,China．E—mail：huanquans@126．com
XU Huanmin．born in 1974。is currently a lecmrer in College of
M echanical and Electrical Engineering，Hohai University,China．She received her PhD degree from Nanjing University of Scienceand Technology,China，in 2008．Her research interests includeprocess reasoning based on mathematical logic decision-makinglogic method，etc．
E-mail：alexandra xu2003( vahoo．corn．cn)
CHEN Zhengming，born in 1965，is currently a professor and a
PhD candidate supervisor in College of Computer and
Information Engineering，Hohai University,China．He received
his PhD degree from Zhejiang University,China，in 2001．His
research interests include in feature modeling and recognition，CAD／CAM integration，etc．
E-mail：zmchen@hhuc．edu．cn
附件2：外文原文
指導(dǎo)教師評語：
簽名：
年 月 日
備注：畢業(yè)論文、開題報告、文獻綜述封面填寫要求：漢字用宋體，三號，阿拉伯?dāng)?shù)字用Times New Roman字體，三號，日期格式為：2007-05-12，字體Times New Roman，三號，對齊方式為橫線居中。
課程設(shè)計說明書
第一章 緒論
1.1減速器發(fā)展的狀況
減速器在原動機和工作機或執(zhí)行機構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機械中應(yīng)用極為廣泛。減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，兩者的設(shè)計、制造和使用特點各不相同。20世紀(jì)70－80年代，世界上減速器技術(shù)有了很大的發(fā)展，且與新技術(shù)革命的發(fā)展緊密結(jié)合。
改革開放以來,我國引進了一批先進的加工裝備。通過不斷引進、消化和吸收國外先進技術(shù)以及科研攻關(guān),開始掌握了各種高速和低速重載齒輪裝置的設(shè)計制造技術(shù)。材料和熱處理質(zhì)量及齒輪加工精度都有較大的提高,通用圓柱齒輪的制造精度可從JB 179 —60 的8～9 級提高到GB 10095 —88 的6 級,高速齒輪的制造精度可穩(wěn)定在4～5 級。部分減速器采用硬齒面后,體積和重量明顯減小,承載能力、使用壽命、傳動效率有了大幅度的提高,對節(jié)能和提高主機的總體水平起到明顯的作用。
從1988 年以來,我國相繼制定了50～60 種齒輪和蝸桿減速器的標(biāo)準(zhǔn),研制了許多新型減速器,這些產(chǎn)品大多數(shù)達(dá)到了20 世紀(jì)80 年代的國際水平。目前,我國可設(shè)計制造2 800kW的水泥磨減速器、1 700mm軋鋼機的各種齒輪減速器。各種棒材、線材軋機用減速器可全部采用硬齒面。但是,我國大多數(shù)減速器的水平還不高,老產(chǎn)品不可能立即被替代,新老產(chǎn)品并存過渡會經(jīng)歷一段較長的時間。
1.2減速器結(jié)構(gòu)特點
減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。
選用減速器時應(yīng)根據(jù)工作機的選用條件，技術(shù)參數(shù)，動力機的性能，經(jīng)濟性等因素，比較不同類型、品種減速器的外廓尺寸，傳動效率，承載能力，質(zhì)量，價格等，選擇最適合的減速器。
減速器是一種相對精密的機械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。 編輯本段基本構(gòu)造
減速器主要由傳動零件(齒輪或蝸桿)、軸、軸承、箱體及其附件所組成。其基本結(jié)構(gòu)有三大部分：
1、齒輪、軸及軸承組合
小齒輪與軸制成一體，稱齒輪軸，這種結(jié)構(gòu)用于齒輪直徑與軸的直徑相關(guān)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(dāng)df-d≤6～7mn時，應(yīng)采用這種結(jié)構(gòu)。而當(dāng)df-d＞6～7mn時，采用齒輪與軸分開為兩個零件的結(jié)構(gòu)，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(dāng)軸向載荷較大時，應(yīng)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(jié)構(gòu)。軸承是利用齒輪旋轉(zhuǎn)時濺起的稀油，進行潤滑。箱座中油池的潤滑油，被旋轉(zhuǎn)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(dǎo)油槽流入軸承。當(dāng)浸油齒輪圓周速度υ≤2m/s時，應(yīng)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。
2、箱體
箱體是減速器的重要組成部件。它是傳動零件的基座，應(yīng)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(yīng)盡量靠近軸承座孔，而軸承座旁的凸臺，應(yīng)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(chǔ)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。
3、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(jié)構(gòu)設(shè)計給予足夠的重視外，還應(yīng)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(shè)計。
減速器
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(yīng)在箱體的適當(dāng)位置設(shè)置檢查孔。檢查孔設(shè)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(shè)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，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(yīng)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(cè)聯(lián)接凸緣上，對稱箱體應(yīng)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(shè)油面指示器。
6)放油螺塞換油時，排放污油和清洗劑，應(yīng)在箱座底部，油池的最低位置處開設(shè)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(yīng)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(jié)緊密難于開蓋。為此常在箱蓋聯(lián)接凸緣的適當(dāng)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(shè)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
1.3減速器的分類
1、減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，兩者的設(shè)計、制造和使用特點各不相同。20世紀(jì)70－80年代，世界上減速器技術(shù)有了很大的發(fā)展，且與新技術(shù)革命的發(fā)展緊密結(jié)合。 其主要類型：齒輪減速器；蝸桿減速器；齒輪—蝸桿減速器；行星齒輪減速器。
2、一般的減速器有斜齒輪減速器(包括平行軸斜齒輪減速器、蝸輪減速器、錐齒輪減速器等等)、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行星摩擦式機械無級變速機等等。
1）圓柱齒輪減速器
單級、二級、二級以上二級。布置形式：展開式、分流式、同軸式。
2）圓錐齒輪減速器
用于輸入軸和輸出軸位置成相交的場合。
3）蝸桿減速器
主要用于傳動比i>10的場合，傳動比較大時結(jié)構(gòu)緊湊。其缺點是效率低。目前廣泛應(yīng)用阿基米德蝸桿減速器。
4）齒輪—蝸桿減速器
若齒輪傳動在高速級，則結(jié)構(gòu)緊湊； 若蝸桿傳動在高速級，則效率較高。
5）行星齒輪減速器
傳動效率高，傳動比范圍廣，傳動功率12W~50000KW，體積和重量小。
3、 常見減速器的種類
1） 減速器 的主要特點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效率不高，精度不高。
2） 諧波減速器的諧波傳動是利用柔性元件可控的彈性變形來傳遞運動和動力的，體積不大、精度很高，但缺點是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差。輸入轉(zhuǎn)速不能太高。
3） 行星減速器其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大。但價格略貴。 減速器: 簡言之，一般機器的功率在設(shè)計并制造出來后，其額定功率就不在改變，這時，速度越大，則扭矩（或扭力）越??；速度越小，則扭力越大。
編輯本段載荷分類
與減速器聯(lián)接的工作機載荷狀態(tài)比較復(fù)雜，對減速器的影響很大，是減速器選用及計算的重要因素，減速器的載荷狀態(tài)即工作機（從動機）的載荷狀態(tài)，通常分為三類：
①—均勻載荷;
?、凇械葲_擊載荷;
?、邸獜姏_擊載荷。
1.4本文研究內(nèi)容
依據(jù)減速器發(fā)展現(xiàn)狀以及當(dāng)今減速器的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計要求本文的主要內(nèi)容擬定如下：
1. 減速器研究現(xiàn)狀；
2. 減速器的總體設(shè)計；
3. 減速器的部件設(shè)計；
4. 總結(jié)。
第二章 傳動裝置的總體設(shè)計
2.1分析和確定傳動方案
機器一般由原動機、傳動裝置、工作機和控制系統(tǒng)四部分。如圖２－１所示的帶式運輸機，其原動機為電動機，傳動裝置為二級展開式圓柱齒輪減速器，工作機為卷筒與輸送帶，各部件用聯(lián)軸器連接并安裝在機架上。傳動裝置在原動機與工作機之間傳遞運動和動力，并改變運動的形式、速度大小和轉(zhuǎn)矩大小。傳動裝置一般包括傳動件和支撐件兩部分。合理的傳動方案，要滿足工作機的性能要求，適應(yīng)工作條件。工作可靠。此外傳動裝置還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡簡單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、傳動效率高和使用維護方便。
如圖2-1 所示帶式運輸機傳動方案，已知輸送帶的有效拉力F=2400N，輸送帶線速度v=1.2m/s,卷筒直徑d=300mm,載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)運轉(zhuǎn)，工作環(huán)境有灰塵，電源為三相交流電，電壓380V。①選擇合適的電動機；②計算傳動裝置的總傳動比，并分配各級傳動比；③計算傳動裝置各軸的運動和動力參數(shù)。
圖2-1 傳動裝置簡圖
2.2電動機
1. 選擇電動機類型和結(jié)構(gòu)形式
按工作要求和工作條件選用Y系列三相籠型異步電動機，全封閉自扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓380V
2. 選擇電動機的容量（功率）
對于載荷比較穩(wěn)定、長期連續(xù)運行運輸機，只要所選電動機的額定功率Ped等于或大于所需的電動機工作功率Pd,即Ped≥Pd, 電動機就能完全工作。
工作機的有效功率為
Pw = Fv/1000 =(2400N×1.2m/s)/1000 =2.88KW
設(shè)η1、η2、η3、η4分別為聯(lián)軸器、滾動軸承、齒輪傳動及卷筒傳動的效率，則總效率為
NΣ=η12η24η33η4=0.992×0.984×0.973×0.96 =0.81
電動機所需的工作功率為
Pd=Pw/ηΣ = 2.88KW/0.81 = 3.56KW
確定電動機的額定功率Ped應(yīng)大于3.56kw
3.確定電動機的轉(zhuǎn)速
按表推薦的傳動比合理范圍，二級圓柱齒輪減速器傳動比i′Σ= 8～40，工作機卷筒的轉(zhuǎn)速為
nw=60×1000v/πd = 60×1000×1.2/(3.14×300)=76.4r/min
所以電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為
nd= i′Σnw=(8～40)×76 r/min = (608～3040) r/min
根據(jù)電動機類型、容量、轉(zhuǎn)速，由《機械設(shè)計——課程設(shè)計指導(dǎo)書》表10.2.1或有關(guān)于手冊，選定電動機型號為Y132M1-6，選用同步轉(zhuǎn)速1000 r/min，額定功率4KW，轉(zhuǎn)速960 r/min
將計算結(jié)果匯總表：
表2-1 電動機轉(zhuǎn)速
電動機型號
額定功率/kw
滿載轉(zhuǎn)速/(r/min)
Y100L-6
4
960
2.0
2.0
2.3 確定傳動裝置總傳動比和分配傳動比
傳動裝置的總傳動比iΣ由電動機滿載轉(zhuǎn)速和工作機主軸轉(zhuǎn)速nw確定，即
ｉΣ＝nm/ｎw = 960/76=12.63
由于減速箱是同軸式布置，所以i1＝i2。且還有一級開式齒輪傳動
因為i＝12.63，取i1=i2=3 i3=1.4
速度偏差為0.5%<5%，所以可行。
2.4計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
1. 各軸的轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸 nⅠ= nm = 960r /min
Ⅱ軸 nⅡ= nⅠ/iⅠ=960 r/min/3= 320 r/min
Ⅲ軸 nⅢ= nⅡ/iⅡ=320r/min/3 =106.7 r/min
IV軸 nIV= nIII/iIII=106.7r/min/1.4 =76.2 r/min
卷筒軸 nw= nIV=76.2 r/min
2.各軸的輸入功率
Ⅰ軸 PⅠ= Pdη1=3.56KW×0.99=3.52KW
Ⅱ軸 PⅡ= pⅠη2η3=3.52KW×0.98×0.97=3.35KW
Ⅲ軸 PⅢ= pⅡη2η3=3.35KW×0.98×0.97=3.18KW
IV軸 PIV= pⅡIη2η2=3.18KW×0.98×0.99=3.09KW
卷筒軸 P卷= pIVη2η1=3.09KW×0.98×0.97=2.94KW
3.各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動機的輸入轉(zhuǎn)矩Td為
Td=9.55×106Pd/nm=9.55×106×(3.56KW/960r/min)=3.54×104 N·mm
所以：Ⅰ軸 TⅠ= Tdη1=35400N·mm×0.99=3.50×104 N·mm
Ⅱ軸 TⅡ= TⅠη2η3 iⅠ=35000 N·mm×0.98×0.97×3=9.98×104 N·mm
Ⅲ軸 TⅢ= TⅡη2η3 iⅡ=9.98×104 N·mm×0.98×0.97×3=2.85×105 N·mm
IV軸 TIV= TIIIη2η1iⅡ=2.85×105 N·mm×0.98×0.99×1.4=3.87×105 N·mm
卷筒軸 T卷= TIVη3η2=3.87×105 N·mm×0.98×0.97=3.68×105 N·mm
將計算結(jié)果匯總表：
表2-2 傳動裝置各軸的運動和動力參數(shù)
軸名
功率P/kw
轉(zhuǎn)矩T/(N·mm)
轉(zhuǎn)速n/(r/min)
傳動比
效率
電機軸
3.56
3.54×104
960
1
0.99
I軸
3.52
3.50×104
960
3
0.98
II軸
3.35
9.98×104
320
3
0.97
III軸
3.18
2.85×105
106.7
1.4
0.96
IV軸
3.09
3.87×105
76.2
1
0.97
卷筒軸
2.94
3.68×105
76.2
2.5 本章小結(jié)
傳動裝置總體設(shè)計的目的是分析和確定傳動方案、選定電動機型號、計算總傳動比并合理分配傳動比、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)，為設(shè)計計算各級傳動零件和裝配圖設(shè)計準(zhǔn)備條件。
第三章 齒輪設(shè)計
減速器齒輪設(shè)計計算
因為低速級的載荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數(shù)據(jù)進行計算
，，，
材料：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。精度7級，初選材料螺旋角使用期10年，每年工作300天，每天8小時。
選用小齒輪齒數(shù)
，得，取
公式計算
參數(shù)查詢
①試選載荷系數(shù)。
②小齒輪傳遞扭矩。
③查《機械設(shè)計》表10.7 取齒寬系數(shù)。
④查《機械設(shè)計》表10.6 得材料的彈性影響系數(shù)。
⑤查《機械設(shè)計》圖10.30 選取區(qū)域系數(shù)。
⑥查《機械設(shè)計》圖10.26 得
⑦查《機械設(shè)計》圖10.21e 得大小齒輪
⑧應(yīng)用循環(huán)系數(shù)
⑨查《機械設(shè)計》圖10.19 得接觸疲勞壽命系數(shù)
⑩計算疲勞許用應(yīng)力
取失效率為1%，安全系數(shù)S=1
許用接觸應(yīng)力
，取
計算
①
②計算圓周速度
③計算齒寬及模數(shù)
④計算載荷系數(shù)
查《機械設(shè)計》表10.2 得
根據(jù)V=1.2m/s，7級精度，查《機械設(shè)計》圖10.8 得動載系數(shù)
查《機械設(shè)計》表10.4得，7級精度
考慮齒輪為7級精度，取
查《機械設(shè)計》圖10.13 得
由于 ，查《機械設(shè)計》表10.3 得
⑤計算縱向重合度
⑥
⑦計算模數(shù)
按齒輪彎曲強度計算
①計算載荷系數(shù)
②根據(jù)縱向重合度，查《機械設(shè)計》圖10.28 得螺旋角影響系數(shù)
③計算當(dāng)量齒數(shù)
④查取齒形系數(shù)由《機械設(shè)計》表10.5查得
查取應(yīng)力校正系數(shù)《機械設(shè)計》表10.5查得
⑤計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
查《機械設(shè)計》圖10.20 得
查《機械設(shè)計》圖10.18 得彎曲疲勞壽命系數(shù)
⑥取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4
⑦計算大小齒輪的 ，并加以比較。
大齒輪的數(shù)值大
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)與由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)相差不大，取標(biāo)準(zhǔn)值，取分度圓直徑 。
取
取
幾何尺寸計算
①計算中心距
取
②按圓整后中心距修正螺旋角
角改變不多，故參數(shù)不必修正。
③計算大小齒輪的分度圓直徑
④計算齒寬
圓整后
開式齒輪設(shè)計
，，，
材料：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。精度7級，初選材料螺旋角使用期10年，每年工作300天，每天8小時。
選用小齒輪齒數(shù)
，得，取
公式計算
參數(shù)查詢
①試選載荷系數(shù)。
②小齒輪傳遞扭矩。
③查《機械設(shè)計》表10.7 取齒寬系數(shù)。
④查《機械設(shè)計》表10.6 得材料的彈性影響系數(shù)。
⑤查《機械設(shè)計》圖10.30 選取區(qū)域系數(shù)。
⑥查《機械設(shè)計》圖10.26 得
⑦查《機械設(shè)計》圖10.21e 得大小齒輪
⑧應(yīng)用循環(huán)系數(shù)
⑨查《機械設(shè)計》圖10.19 得接觸疲勞壽命系數(shù)
⑩計算疲勞許用應(yīng)力
取失效率為1%，安全系數(shù)S=1
許用接觸應(yīng)力
，取
計算
①
②計算圓周速度
③計算齒寬及模數(shù)
④計算載荷系數(shù)
查《機械設(shè)計》表10.2 得
根據(jù)V=1.2m/s，7級精度，查《機械設(shè)計》圖10.8 得動載系數(shù)
查《機械設(shè)計》表10.4得，7級精度
考慮齒輪為7級精度，取
查《機械設(shè)計》圖10.13 得
由于 ，查《機械設(shè)計》表10.3 得
⑤計算縱向重合度
⑥
⑦計算模數(shù)
按齒輪彎曲強度計算
①計算載荷系數(shù)
②根據(jù)縱向重合度，查《機械設(shè)計》圖10.28 得螺旋角影響系數(shù)
③計算當(dāng)量齒數(shù)
④查取齒形系數(shù)由《機械設(shè)計》表10.5查得
查取應(yīng)力校正系數(shù)《機械設(shè)計》表10.5查得
⑤計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
查《機械設(shè)計》圖10.20 得
查《機械設(shè)計》圖10.18 得彎曲疲勞壽命系數(shù)
⑥取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4
⑦計算大小齒輪的 ，并加以比較。
大齒輪的數(shù)值大
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)與由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)相差不大，取標(biāo)準(zhǔn)值，取分度圓直徑 。
取
取
幾何尺寸計算
①計算中心距
取
②按圓整后中心距修正螺旋角
角改變不多，故參數(shù)不必修正。
③計算大小齒輪的分度圓直徑
④計算齒寬
圓整后
減速器機體結(jié)構(gòu)尺寸如下：
名稱
符號
計算公式
結(jié)果
機座厚度
δ
8
機蓋厚度
8
機蓋凸緣厚度
12
機座凸緣厚度
12
機座底凸緣厚度
20
地腳螺釘直徑
M16
地腳螺釘數(shù)目
查手冊
6
軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓直徑
M14
蓋與座聯(lián)結(jié)螺栓直徑
=（0.5- 0.6）
M10
軸承端蓋螺釘直徑
=（0.4-0.5）
10
視孔蓋螺釘直徑
=（0.3-0.4）
8
定位銷直徑
=（0.7-0.8）
8
，，至外箱壁的距離
查手冊表11—2
34
22
18
，至凸緣邊緣距離
查手冊表11—2
28
16
外箱壁至軸承端面距離
=++（510）
50
大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離
>1.2
15
齒輪端面與內(nèi)箱壁距離
>
10
箱蓋，箱座肋厚
8
9
軸承端蓋外徑
軸承孔直徑+（5—5.5）
120（I 軸）
112（II 軸）
175（III軸）
軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓距離
120（I 軸）
112（II 軸）
175（III軸）
軸的設(shè)計計算
擬定輸入軸齒輪為右旋
II軸：
1． 初步確定軸的最小直徑
d≥＝=21.5mm
2． 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1） 擬定軸的結(jié)構(gòu)如下
各軸段的直徑和長度
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
直徑
25
28
32
28
25
長度
29
59
56
62
26
3． 軸的危險性分析
軸的受力分析圖
4． 精確校核軸的疲勞強度
1） 判斷危險截面
由于截面IV處受的載荷較大，直徑較小，所以判斷為危險截面
2） 截面IV右側(cè)的
截面上的轉(zhuǎn)切應(yīng)力為
由于軸選用40cr，調(diào)質(zhì)處理，所以
，，。
綜合系數(shù)的計算
由
經(jīng)直線插入，知道因軸肩而形成的理論應(yīng)力集中為，，
軸的材料敏感系數(shù)為，，
故有效應(yīng)力集中系數(shù)為
查得尺寸系數(shù)為，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為，
軸采用磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為，
軸表面未經(jīng)強化處理，即，則綜合系數(shù)值為
a) 碳鋼系數(shù)的確定
碳鋼的特性系數(shù)取為，
b) 安全系數(shù)的計算
軸的疲勞安全系數(shù)為
故軸的選用安全。
I軸：
1． 初步確定軸的最小直徑
2． 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1） 確定軸結(jié)構(gòu)如下
2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
直徑
20
23
25
29
34
30
25
長度
34
31
28
61
4
5
14
3． 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度
W=54748N.mm
T=35000N.mm
45鋼的強度極限為，又由于軸受的載荷為脈動的，所以。
III軸
1． 初步確定軸的最小直徑
2． 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1） 軸上結(jié)構(gòu)圖如下
4．
1） 據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
直徑
30
35
38
41
47
44
35
長度
52
32
32
59
5
5
19
3 彎扭校合
則為安全的
連軸器的選擇
由于彈性聯(lián)軸器優(yōu)點：·高剛性。
·良好的柔性。
·同步運轉(zhuǎn)，無齒隙。
·高強度鋁合金，低慣量。
·保養(yǎng)容易，無需潤滑油及其它維修服務(wù)。
·兩種緊固方法：夾緊和螺釘緊固
所以考慮選用它。
二、 高速軸用聯(lián)軸器的設(shè)計計算
由于裝置用于運輸機，原動機為電動機，所以工作情況系數(shù)為，
計算轉(zhuǎn)矩為
所以考慮選用彈性柱銷聯(lián)軸器LT4（GB4323-84），但由于聯(lián)軸器一端與電動機相連，其孔徑受電動機外伸軸徑限制，所以選用TL4（GB4323-84）
其主要參數(shù)如下：
材料HT200
公稱轉(zhuǎn)矩
軸孔直徑，
軸孔長，
裝配尺寸
三、 第二個聯(lián)軸器的設(shè)計計算
由于裝置用于運輸機，原動機為電動機，所以工作情況系數(shù)為，
計算轉(zhuǎn)矩為
所以選用彈性柱銷聯(lián)軸器LT7（GB4323-84）
其主要參數(shù)如下：
材料HT200
公稱轉(zhuǎn)矩
軸孔直徑
軸孔長，
裝配尺寸
減速器附件的設(shè)計
十一. 減速器的各部位附屬零件的設(shè)計.
⑴窺視孔蓋與窺視孔：
在減速器上部可以看到傳動零件嚙合處要開窺視孔, 大小只要夠手伸進操作可以便檢查齒面接觸斑點和齒側(cè)間隙,了解嚙合情況.潤滑油也由此注入機體內(nèi).
⑵放油螺塞
放油孔的位置設(shè)在油池最低處，并安排在不與其它部件靠近的一側(cè)，以便于放油，放油孔用螺塞堵住并加封油圈以加強密封，選用外六角油塞及墊片M10×1.5。
⑶油標(biāo)
油標(biāo)用來檢查油面高度，以保證有正常的油量.因此要安裝于便于觀察油面及油面穩(wěn)定之處即低速級傳動件附近；用帶有螺紋部分的油尺，油尺上的油面刻度線應(yīng)按傳動件浸入深度確定?？蛇x用游標(biāo)尺M10。
⑷通氣器
減速器運轉(zhuǎn)時，由于摩擦發(fā)熱,機體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，導(dǎo)致潤滑油從縫隙向外滲漏,所以在機蓋頂部或窺視孔上裝通氣器，使機體內(nèi)熱空氣自由逸處，保證機體內(nèi)外壓力均衡，提高機體有縫隙處的密封性，通氣器用帶空螺釘制成. 由于在室內(nèi)使用，選通氣器（一次過濾），采用M12×1.5
⑸啟蓋螺釘
為了便于啟蓋，在機蓋側(cè)邊的邊緣上裝一至二個啟蓋螺釘。在啟蓋時，可先擰動此螺釘頂起機蓋；螺釘上的長度要大于凸緣厚度，釘桿端部要做成圓柱形伙半圓形，以免頂壞螺紋；螺釘直徑與凸緣連接螺栓相同。
在軸承端蓋上也可以安裝取蓋螺釘,便于拆卸端蓋.對于需作軸向調(diào)整的套環(huán),裝上二個螺釘,便于調(diào)整.
⑹定位銷
為了保證剖分式機體的軸承座孔的加工及裝配精度，在機體聯(lián)接凸緣的長度方向兩端各安置一個圓錐定位銷。兩銷相距盡量遠(yuǎn)些，以提高定位精度。如機體是對稱的,銷孔位置不應(yīng)對稱布置.
⑺環(huán)首螺釘、吊環(huán)和吊鉤
為了拆卸及搬運，應(yīng)在機蓋上裝有環(huán)首螺釘或鑄出吊鉤、吊環(huán)，并在機座上鑄出吊鉤。
⑻調(diào)整墊片
用于調(diào)整軸承間隙,有的起到調(diào)整傳動零件軸向位置的作用.
⑼密封裝置
在伸出軸與端蓋之間有間隙,必須安裝密封件,以防止漏油和污物進入機體內(nèi).
潤滑與密封
一、 齒輪的潤滑
采用浸油潤滑，由于低速級周向速度為，所以浸油高度約為六分之一大齒輪半徑，取為35mm。
齒輪油的選擇
????? ?齒輪油用于潤滑齒輪傳動裝置，由于齒輪傳動裝置的類型，工作條件不同，對齒輪油有不同的要求。齒輪油通?？煞譃檐囕v齒輪油和工業(yè)齒輪油兩大類，車輛齒輪油主要用于各種車輛的變速箱、驅(qū)動橋傳動齒輪的潤滑；工業(yè)齒輪油主要用于冶金、礦山、水泥和化肥等廠礦機械中具有一般沖擊、中等負(fù)荷以上的 正、斜齒輪的潤滑。因減速器是閉式斜齒輪傳動，所以減速器潤滑劑類型應(yīng)為工業(yè)齒輪油。
1． 工業(yè)齒輪油的選擇原則
2． 工業(yè)齒輪油一般分為普通工業(yè)齒輪油、中負(fù)荷工業(yè)齒輪油和重負(fù)荷工業(yè)齒輪油三類。工業(yè)齒輪油的選擇原則一是根據(jù)齒面接觸應(yīng)力、齒輪狀況和使用工況選擇工業(yè)齒輪油類型。（見表1；二是根據(jù)齒輪分度圓圓周速度選擇齒輪油黏度，見表2，根據(jù)查得黏度再去確定齒輪油的牌號。）
?????????????????表1?? 低速重載齒輪選油表（閉式齒輪）
齒輪種類
潤滑方法
齒面應(yīng)力MPa
推薦用油類型
使用工況
圓柱齒輪與圓錐齒輪
油浴潤滑與循環(huán)潤滑
傳動齒輪，低于350
機械油
普通工業(yè)齒輪油
中負(fù)荷工業(yè)齒輪油
中負(fù)荷工業(yè)齒輪油
重負(fù)荷工業(yè)齒輪油
一般傳動齒輪
一般齒輪
有沖擊高溫的齒輪
礦井提升，露天采掘高溫有沖擊的齒輪，船舶海港機械等。
冶金、軋鋼、井下采煤、高溫有沖擊、有水部位的齒輪
動力齒輪
低負(fù)荷350～500
?中負(fù)荷500～1100
重負(fù)荷高于1100
????????????????????????????????????????????????????? 表2? 齒輪油黏度薦用值
齒輪材料
?強度極限MPa
圓周速度(m/s)
0.5以下
0.5～1
1～2.5
2.5～5
5～12.5
12.5～25
大于25
50℃運動黏度(cst)
塑料、鑄鐵、青銅
——
176
117
80
58
43
32
——
鋼
470～1000
266
177
118
82
59
44
32
1000～1250
266
266
177
118
82
59
44
滲碳或表面淬火鋼
1250～1580
444
266
266
177
118
82
59
二、 滾動軸承的潤滑
由于軸承周向速度為，所以宜開設(shè)油溝、飛濺潤滑。
三、 潤滑油的選擇
齒輪與軸承用同種潤滑油較為便利，因為傳動裝置屬于輕型的，且傳速較低，所以其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，所以采用脂潤滑，箱體內(nèi)選用SH0357-92中的50號潤滑，裝至規(guī)定高度。
密封方法的選取
選用凸緣式端蓋易于調(diào)整，采用悶蓋安裝骨架式旋轉(zhuǎn)軸唇型密封圈實現(xiàn)密封。
密封圈型號按所裝配軸的直徑確定為（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。
軸承蓋結(jié)構(gòu)尺寸按用其定位的軸承的外徑?jīng)Q定。
結(jié)果與討論
分析減速器的結(jié)構(gòu)
1、? 拆卸減速器
按拆卸的順序給所有零、部件編號，并登記名稱和數(shù)量，然后分類、分組保管，避免產(chǎn)生混亂和丟失；拆卸時避免隨意敲打造成破壞，并防止碰傷、變形等，以使再裝配時仍能保證減速器正常運轉(zhuǎn)。
拆卸順序：①、拆卸觀察孔蓋。
②、拆卸箱體與箱蓋聯(lián)連螺栓，起出定位銷釘，然后擰動起蓋螺釘，卸下箱蓋。
③、拆卸各軸兩邊的軸承蓋、端蓋。
④、一邊轉(zhuǎn)動軸順著軸旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒏咚佥S軸系拆下，再用橡膠榔頭輕敲軸將低、中速軸系拆卸下來。
⑤、最后拆卸其它附件如油標(biāo)、放油螺塞等。
2、分析裝配方案
按照先拆后裝的原則將原來拆卸下來的零件按編好的順序返裝回去。
①、檢查箱體內(nèi)有無零件及其他雜物留在箱體內(nèi)后，擦凈箱體內(nèi)部。將各傳動軸部件裝入箱體內(nèi)；
②、將嵌入式端蓋裝入軸承壓槽內(nèi)，并用調(diào)整墊圈調(diào)整好軸承的工作間隙。
③、將箱內(nèi)各零件，用棉紗擦凈，并塗上機油防銹。再用手轉(zhuǎn)動高速軸，觀察有無零件干涉。經(jīng)檢查無誤后，合上箱蓋。
④、松開起蓋螺釘，裝上定位銷，并打緊。裝上螺栓、螺母用手逐一擰緊后，再用扳手分多次均勻擰緊。
⑤、裝好軸承小蓋，觀察所有附件是否都裝好。用棉紗擦凈減速器外部，放回原處，擺放整齊。
分析各零件作用、結(jié)構(gòu)及類型：
（1）、主要零部件：①、軸：主要功用是直接支承回轉(zhuǎn)零件，以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動并傳遞動力。高速軸和中速軸都屬于齒輪軸；低速軸為轉(zhuǎn)軸、屬階梯軸。
②、齒輪：
裝配圖設(shè)計
（一）、裝配圖的作用
作用：裝配圖表明減速器各零件的結(jié)構(gòu)及其裝配關(guān)系，表明減速器整體結(jié)構(gòu)，所有零件的形狀和尺寸，相關(guān)零件間的聯(lián)接性質(zhì)及減速器的工作原理，是減速器裝配、調(diào)試、維護等的技術(shù)依據(jù)，表明減速器各零件的裝配和拆卸的可能性、次
序及減速器的調(diào)整和使用方法。
裝備圖的總體規(guī)劃：
（1）、視圖布局：①、選擇3個基本視圖，結(jié)合必要的剖視、剖面和局部視圖加以補充。
②、選擇俯視圖作為基本視圖，主視和左視圖表達(dá)減速器外形，將減速器的工作原理和主要裝配關(guān)系集中反映在一個基本視圖上。
布置視圖時應(yīng)注意：a、整個圖面應(yīng)勻稱美觀，并在右下方預(yù)留減速器技術(shù)特性表、技術(shù)要求、標(biāo)題欄和零件明細(xì)表的位置。
b、各視圖之間應(yīng)留適當(dāng)?shù)某叽鐦?biāo)注和零件序號標(biāo)注的位置。
（2）、尺寸的標(biāo)注：①、特性尺寸：用于表明減速器的性能、規(guī)格和特征。如傳動零中心距及其極限偏差等。
②、配合尺寸：減速器中有配合要求的零件應(yīng)標(biāo)注配合尺寸。如：軸承與軸、軸承外圈與機座、軸與齒輪的配合、聯(lián)軸器與軸等應(yīng)標(biāo)注公稱尺寸、配合性質(zhì)及精度等級。
③、外形尺寸：減速器的最大長、寬、高外形尺寸表明裝配圖中整體所占空間。
④、安裝尺寸：減速器箱體底面的長與寬、地腳螺栓的位置、間距
及其通孔直徑、外伸軸端的直徑、配合長度及中心高等。
（3）完成裝配圖：①、標(biāo)注尺寸：標(biāo)注尺寸反映其的特性、配合、外形、安裝尺寸。
②、零件編號（序號）：由重要零件，按順時針方向依次編號，并對齊。
零件圖設(shè)計
（一）、零件圖的作用?
作用：1、反映設(shè)計者的意圖，是設(shè)計、生產(chǎn)部門組織設(shè)計、生產(chǎn)的重要技術(shù)文件。?
?? 2、表達(dá)機器或部件運載零件的要求，是制造和檢驗零件的依據(jù)。
（二）、零件圖的內(nèi)容及繪制
1、選擇和布置視圖
（1）、軸：采用主視圖和剖視圖。主視圖按軸線水平布置，再在鍵槽處的剖面視圖。
（2）、齒輪：采用主視圖和側(cè)視圖。主視圖按軸線水平布置（全剖），反映基本形狀；側(cè)視圖反映輪廓、輻板、鍵槽等。
2、合理標(biāo)注尺寸及偏差
（1）、軸：徑向尺寸以軸線為基準(zhǔn)標(biāo)注，有配合處徑向尺寸應(yīng)標(biāo)尺寸偏差；軸向尺寸以軸孔配合端面及軸端面為基準(zhǔn)，反映加工要求，不允許出現(xiàn)封閉尺寸鏈。
（2）、齒輪：徑向尺寸以軸線為基準(zhǔn)，軸孔、齒頂圓應(yīng)標(biāo)相應(yīng)的尺寸偏差 ；軸向尺寸以端面為基準(zhǔn)，鍵槽尺寸應(yīng)相應(yīng)標(biāo)出尺寸偏差。
設(shè)計小結(jié)
課程設(shè)計是培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)知識 ,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對我們的實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異。讓我們從理論到實踐，在這段日子里，可以學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。在這個過程中我去查了很多圖書資料，自然在無奈的情況下走了很多彎路，還通過網(wǎng)絡(luò)資源找了很多東西，特別是查詢材料方面得到了鍛煉，同時word和cad也得到了一定提高。通過這次設(shè)計使我們懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對一些前面學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說齒輪的設(shè)計，電機的選用……通過這次課程設(shè)計之后，我們把前面所學(xué)過的知識又重新溫故了一遍，但是由于時間緊迫，所以這次的設(shè)計存在許多缺點，比如說箱體結(jié)構(gòu)龐大，重量也很大。齒輪的計算不夠精確等等缺陷，我相信，通過這次的實踐，能使我在以后的設(shè)計中避免很多不必要的工作，有能力設(shè)計出結(jié)構(gòu)更緊湊，傳動更穩(wěn)定精確的設(shè)備。收獲知識，提高能力的同時，我也學(xué)到了很多人生的哲理，懂得怎么樣去制定計劃，怎么樣去實現(xiàn)這個計劃，并掌握了在執(zhí)行過程中怎么樣去克服心理上的不良情緒。原來生活也和畢業(yè)設(shè)計一樣，要好好的去計劃，去探索，這樣才會有真正的東西，那樣才體會到樂趣。因此在以后的生活和學(xué)習(xí)的過程中，我一定會把設(shè)計的精神帶到生活中，不畏艱難，勇往直前！
參考資料目錄
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[4]《減速器選用手冊》，化學(xué)工業(yè)出版社，周明衡主編，2002年6月第一版；
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