本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
題 目基于Pro/E的二級圓柱齒輪減速器實(shí)體設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
年 5 月 5 日
V
基于Pro/E的二級斜齒圓柱齒輪減速器實(shí)體設(shè)計(jì)
摘要：本文在對二級斜齒圓柱齒輪減速器參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，利用Pro/E軟件建立了減速器的三維實(shí)體模型并進(jìn)行虛擬裝配，其重點(diǎn)是關(guān)鍵部件斜齒圓柱齒輪的參數(shù)化建模過程。對減速器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并完成減速傳動(dòng)裝置中減速器裝配圖、零件圖設(shè)計(jì)及主要零件的工藝、工裝設(shè)計(jì)。本次的設(shè)計(jì)具體內(nèi)容主要包括：減速傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)；電動(dòng)機(jī)的選擇；傳動(dòng)比的確定；計(jì)算運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)；各級齒輪的設(shè)計(jì)；各級軸及配件的設(shè)計(jì)；裝置箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；潤滑密封方式的確定；撰寫設(shè)計(jì)說明書等。最后對該模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，給輸入軸一定得轉(zhuǎn)速，由仿真分析得出中間軸和輸出轉(zhuǎn)速，并將仿真的結(jié)果與理論計(jì)算進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證該結(jié)構(gòu)的有效性和可行性。
關(guān)鍵字：減速器，Pro/E ,建模和運(yùn)動(dòng)分析
Two grade helical cylindrical gear
reducer based on Pro/e entity design
Abstract: This paper is based on the design of mechanical design course teaching practice in two stage helical gear reducer on the basis of futher optimization ,using Pro/E software to establish a three-dimensional model reducer and the vitural assembly ,fousing on key components of the process of prametric modcling gear . The speed reducer structure design, and complete the deceleration driving devices reducer assembly drawing, parts and the major components of the graphic design process, tooling design.
This design specific content mainly includes: slow transmission device of the overall design; Motor choice; Determination of transmission ratio; Calculating movement and dynamic parameters; Various gear design; The design of various axis and accessories; Device cabinet structure design; Determination of lubrication seal way; Writing the design specification, etc.finally .kincmatic simulation speed intermediate shaft and output shaft ,the simulation results will be compared with the theortical calculation ,to verify the effectiveness and feasibility of the structure.
Keywords: Reducer, Pro/E, Modeling, Kinematics Analysis
II
目 錄.
1.減速器的簡介 …………………………………………………………………1
1.1主要作用 ……………………………………………………………………1
1.2主要原理 ……………………………………………………………………1
1.3主要區(qū)別 ……………………………………………………………………1
2.國內(nèi)外齒輪減速器研究現(xiàn)狀 …………………………………………………… 2
2.1國外減速器現(xiàn)狀 ……………………………………………………………2
2.2國內(nèi)減速器現(xiàn)狀 ……………………………………………………………2
3.減速器的工作原理、分類及組成 ………………………………………………4
4.減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………………5
4.1運(yùn)動(dòng)簡圖 ……………………………………………………………………5
4.2工作條件 ……………………………………………………………………5
4.3原始數(shù)據(jù) ……………………………………………………………………5
4.4選擇電動(dòng)機(jī)類型 ……………………………………………………………6
4.4.1選用電動(dòng)機(jī)容量 …………………………………………………………6
4.5確定總傳動(dòng)比和分配各級傳動(dòng)比 …………………………………………6
4.6計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) …………………………………………6
4.6.1各軸轉(zhuǎn)速 …………………………………………………………………6
4.6.2各軸功率 …………………………………………………………………6
4.6.3各軸轉(zhuǎn)矩 …………………………………………………………………6
4.7V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………7
4.7.1確定計(jì)算功率Pca…………………………………………………………7
4.7.2選擇V帶的帶型 …………………………………………………………7
4.7.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗(yàn)算帶速 …………………………………7
4.8高速級齒輪 …………………………………………………………………8
4.8.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) ………………………………8
4.8.2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按計(jì)算式試算即 ………………………………9
4.8.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按計(jì)算式(10-17)試算即 ……………………10
4.8.4、幾何尺寸計(jì)算 …………………………………………………………12
4.9低速級齒輪…………………………………………………………………17
4.9.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)………………………………17
4.9.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按計(jì)算式試算即………………………………17
4.9.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按計(jì)算式試算即………………………………19
4.9.4、幾何尺寸計(jì)算 …………………………………………………………20
4.10 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………20
4.10.1求作用在齒輪上的力 …………………………………………………21
4.10.2選取材料 ………………………………………………………………21
4.10.3計(jì)算軸的最小直徑 ……………………………………………………21
4.10.3軸徑和軸段 ……………………………………………………………21
4.11箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) …………………………………………………………29
4.11.1機(jī)體有足夠的剛度 ……………………………………………………29
4.11.2考慮到機(jī)體內(nèi)零件的潤滑，密封散熱 ………………………………30
4.11.3機(jī)體結(jié)構(gòu)有良好的工藝性 ……………………………………………30
4.12對附件設(shè)計(jì) ………………………………………………………………30
4.12.1視孔蓋和窺視孔 ………………………………………………………30
4.12.2油螺塞 …………………………………………………………………31
4.12.3油標(biāo) ……………………………………………………………………32
4.12.4通氣孔 …………………………………………………………………33
4.12.5蓋螺釘 …………………………………………………………………34
4.12.6吊鉤 ……………………………………………………………………34
4.12.7潤滑密封設(shè)計(jì) …………………………………………………………36
5.減速器實(shí)體裝配體及部分零件圖片 ……………………………………………37
參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………41
致謝 …………………………………………………………………………………42
1.減速器的簡介
減速器在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，減速機(jī)是一種相對精密的機(jī)械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，上海長城減速機(jī)蝸桿減速機(jī)和行星齒輪減速機(jī)；按照傳動(dòng)級數(shù)不同可分為單級和多級減速機(jī)廠輪形狀可分為圓柱齒輪減速機(jī)、圓錐齒輪減速機(jī)和圓錐－圓柱齒引輪減速機(jī)；按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開式、分流式和同進(jìn)軸式減速機(jī)。減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、齒輪-蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常用作原動(dòng)件與工作機(jī)之間的減速傳動(dòng)裝置 。在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛。
1.1主要作用
1、降速同時(shí)提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比，但要注意不能超出減速機(jī)額定扭矩；
2、減速同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。
1.2工作原理
減速機(jī)一般用于低轉(zhuǎn)速大扭矩的傳動(dòng)設(shè)備，把電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或其它高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過減速機(jī)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(dá)到減速的目的，普通的減速機(jī)也會(huì)有幾對相同原理齒輪達(dá)到理想的減速效果，大小齒輪的齒數(shù)之比，就是傳動(dòng)比。
1.3主要區(qū)別
減速機(jī)與變頻器區(qū)別：減速機(jī)是通過機(jī)械傳動(dòng)裝置來降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，而變頻器是通過改變交流電頻率以達(dá)到電機(jī)（馬達(dá)）速度調(diào)節(jié)的目的。通過變頻器降低電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，可以達(dá)到節(jié)能的目的。
蝸桿減速機(jī)和蝸輪蝸桿減速機(jī)區(qū)別：蝸桿減速機(jī)和蝸輪蝸桿減速機(jī)其實(shí)沒多大的區(qū)別，都是由蝸輪和蝸桿組成，不過蝸桿減速機(jī)比較粗造，沒蝸輪蝸桿減速機(jī)的精密度好，同規(guī)格的蝸桿減速機(jī)的扭力就比蝸輪蝸桿減速機(jī)的大，蝸輪蝸桿減速機(jī)主要的是鋁合金比較多，但蝸桿減速機(jī)就只有鑄鐵，更大的區(qū)別是蝸桿減速機(jī)的價(jià)格比蝸輪蝸桿減速機(jī)的價(jià)格便宜很多。
2.研究該齒輪減速器的目的、意義
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)械效率過低的問題。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的分子發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸在納米級范圍，如能輔以納米級的減速器，則應(yīng)用前景遠(yuǎn)大。
2.1國外減速器現(xiàn)狀
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。
2.2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。
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)，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)效率高、體積小、輸入輸出同軸線，故由廣泛的應(yīng)用前景。
平動(dòng)齒輪減速器項(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。
市場需求分析 1.市場需求前景：平動(dòng)齒輪減速器由于體積小，重量輕，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，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。
3.熟悉減速器的工作原理、分類及組成
原理：明闡述就是降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，減小慣量齒輪減速機(jī)是利用各級齒輪傳動(dòng)來達(dá)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(dòng)大齒輪就能達(dá)到一定的減速的目的,再采用多級這樣的結(jié)構(gòu),就可以大大降低轉(zhuǎn)速了.輪減速機(jī)一般用于低轉(zhuǎn)速大扭矩的傳動(dòng)設(shè)備，把電動(dòng)機(jī)。內(nèi)燃機(jī)或其它高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過減速機(jī)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(dá)到減速的目的，普通的減速機(jī)也會(huì)有幾對相同原理齒輪達(dá)到理想的減速效果，大小齒輪的齒數(shù)之比，就是傳動(dòng)比。
齒輪減速機(jī)是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將馬達(dá)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。
降速同時(shí)提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比，但要注意不能超出減速機(jī)額定扭矩。
減速同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。
分類：照傳動(dòng)類型可分為齒輪減速機(jī)、蝸桿減速機(jī)和行星齒輪減速機(jī)；按照傳動(dòng)級數(shù)不同可分為單級和多級減速機(jī)；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速機(jī)、圓錐齒輪減速機(jī)和圓錐－圓柱齒輪減速機(jī)；按照傳動(dòng)的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速機(jī)。以下是常用的減速機(jī)分類：1、擺線減速機(jī)2、硬齒面圓柱齒輪減速器 3、行星齒輪減速機(jī) 4、軟齒面減速機(jī) 5、三環(huán)減速機(jī)6、起重機(jī)減速機(jī)7、蝸桿減速機(jī)8、軸裝式硬齒面減速機(jī)9、無級變速機(jī)組成：速器主要由傳動(dòng)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；2）箱體；3）減速器附件。
4.減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1運(yùn)動(dòng)簡圖
圖1
1—電動(dòng)機(jī) 2—V帶 3—齒輪減速器 4—聯(lián)軸器 5—滾筒 6—輸送帶
4.2工作條件
該裝置單向傳送,載荷稍有波動(dòng)，多灰塵，小批量，兩班制工作,使用期限10年(每年按300天計(jì)算)。
4.3原始數(shù)據(jù)
滾筒直徑D（mm）：450
運(yùn)輸帶速度V（m/s）：0.28
滾筒周圍力F（N）：12000
滾筒長度L(mm)：800
4.4選擇電動(dòng)機(jī)類型
按工作要求和條件，選用Y系列全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓380V.
4.4.1選用電動(dòng)機(jī)容量
nw=（60×1000）v/πD=11.89r/min
Pw=FV/1000=3.36kw
V帶傳動(dòng)效率η1=0.96滾動(dòng)軸承效率η2=0.99 ， 閉式齒輪傳動(dòng)效率η3=0.97 ， 聯(lián)軸器效率η4=0.99 ， 傳功滾筒效率η5=0.96,
其中總效率為
Pd=Pw/η=4.034kw
選用電動(dòng)機(jī)額定功率為4kw
通常，V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍為2到4，二級圓柱齒輪減速器為8到40，則總傳動(dòng)比的范圍為16到160，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為：
n1d=(16~160)×11.89=190~1900r/min.
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750 r/min、 1000 r/min、 1500 r/min現(xiàn)以這三種對比查表可得Y132M-6符合要求,故選用它。
Y132M-6 (同步轉(zhuǎn)速1000r/min)的相關(guān)參數(shù)
表1
額定功率
滿載轉(zhuǎn)速
電動(dòng)機(jī)質(zhì)量
價(jià)格
傳動(dòng)比
4.0kw
960r/min
75kg
1443元
i
4.5確定總傳動(dòng)比和分配各級傳動(dòng)比
傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比ia=nm/nw=960/11.89=80.74
取V帶傳動(dòng)單級傳動(dòng)比i01=2.8，減速器的總傳動(dòng)比i為：i=ia/i01=28.836
i12=(1.4i)1/2=6.354 i23=i/i12=4.538
初分傳動(dòng)比為
i1=2.8，i2=6.354 ，iv帶=4.538
4.6計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
本裝置從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)有三軸，依次為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ軸，則
4.6.1各軸轉(zhuǎn)速
n1=nm/iw=343 r/min
n2=n1/i1=54 r/min
n3=n2/i2= 11.9 r/min
4.6.2各軸功率
P1=Pdη01=Pd×ηv帶= 4.0 × 0.96=3.84kw
P2=P1η12=P1×η軸承×η齒輪=3.84× 0.99×0.97=3.69 kw
P3=P2η23=P2×η軸承×η齒輪= 3.69× 0.99×0.97=3.54kw
4.6.3各軸轉(zhuǎn)矩
Td=9550Pd/nd=40.1N.m
T1=Tdi帶η01=107.79 N.m
T2=T1i1η12=657.7 N.m
T3=T2i2η23=2866.15 N.m
表2
項(xiàng)目
電機(jī)軸
高速軸Ⅰ
中間軸Ⅱ
低速軸Ⅲ
轉(zhuǎn)速
960
343
54
11.9
功率
4.0
3.84
3.69
3.54
轉(zhuǎn)矩
40.01
107.79
657.7
2866.15
傳動(dòng)比
2.8
6.354
4.538
效率
0.96
0.96
0.922
4.7V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.7.1確定計(jì)算功率
查表可得工作情況系數(shù)
故Pca=kA×P= 1.2×4.0=4.8 kw
4.7.2選擇V帶的帶型
根據(jù)Pca、n，由圖可得選用A型帶。
4.7.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗(yàn)算帶速
(1)初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1。
查表8-6和8-8可得選取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1= 125 mm
(2)驗(yàn)算帶速
按計(jì)算式驗(yàn)算帶的速度
v=πdd1n/60×1000= 6.28s
因?yàn)?，故此帶速合適。
(3)計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑
按式(8-15a)計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2=iv帶dd1=2.8×125=350mm根據(jù)教材表8-8，圓整得dd2= 355mm。
(4)確定V帶的中心距和基準(zhǔn)直徑Ld
1)按計(jì)算式初定中心距
2)按計(jì)算式計(jì)算所需的基準(zhǔn)長度
=1644mm
查表可選帶的基準(zhǔn)長度Ld=1600mm
3)按計(jì)算式計(jì)算實(shí)際中心距
a≈a0+(Ld?Ld0)= 452mm
(5) 驗(yàn)算小帶輪上的包角
(6)計(jì)算帶的根數(shù)
由查表可得
根據(jù)和A型帶，查表可得、、。
故取V帶根數(shù)為4根
4.8高速級齒輪
4.8.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
(1)按圖所示的傳動(dòng)方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
(2)運(yùn)輸裝置為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度。
(3)材料選擇：查表可選擇小齒輪材料為40 (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。
(4)選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)，取
(5)選取螺旋角，初選螺旋角
4.8.2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按計(jì)算式試算即
(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1)因?yàn)樵瓌?dòng)機(jī)為電機(jī)所以試選，由圖10-26，則有
2)小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩
3)查圖10-30可選取區(qū)域系數(shù) 查表10-7可選取齒寬系數(shù)
4)查表10-6可得材料的彈性影響系數(shù)。
5)查圖10-21d得按齒面硬度選取小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
6)按計(jì)算式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
7)查圖可選取接觸疲勞壽命系數(shù)，。
8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)，按計(jì)算式(10-12)得
（2）計(jì)算相關(guān)數(shù)值
1)試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式得
2)計(jì)算圓周速度
3)計(jì)算齒寬及模數(shù)
4)計(jì)算總相重合度
5)計(jì)算載荷系數(shù)
查表可得使用系數(shù)，根據(jù)，7級精度，查表10-8可得動(dòng)載系數(shù)，由表10-4查得的值與直齒輪的相同，為1.419 ，,故載荷系數(shù)
6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，按計(jì)算式得
7)計(jì)算模數(shù)
4.8.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按計(jì)算式(10-17)試算即
(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1)計(jì)算載荷系數(shù)
2) 根據(jù)縱向重合度，查圖10-28可得螺旋角影響系數(shù)。
3)查圖可選區(qū)域系數(shù)，，
則有
4)查表取應(yīng)力校正系數(shù)，。
5)查表取齒形系數(shù)，。(線性插值法)
6)查圖10-20C可得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。
7)查圖可取彎曲疲勞壽命系數(shù)，。
8)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 ，取彎曲疲勞安全系數(shù)，按計(jì)算式(10-22)計(jì)算得
9)計(jì)算大、小齒輪的并加以計(jì)算
大齒輪的數(shù)值較大。
(2)設(shè)計(jì)計(jì)算
對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，故取，已可滿足彎曲強(qiáng)度，但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)，于是有
取，則
4.8.4、幾何尺寸計(jì)算
(1)計(jì)算中心距
(2)按圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多，故參數(shù)、、等不必修正。
(3)計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑
(4)計(jì)算齒輪寬度
圓整后取，。
(1) 低速軸大齒輪三維建模
1)輸入齒輪相關(guān)參數(shù)
2)填入關(guān)系式
3)畫出齒形
4)用拉伸對齒輪進(jìn)行進(jìn)一步成型
5)對上圖進(jìn)行拔模、倒角
6)對上圖進(jìn)行拉伸、陣列倒角即可的到下圖
繪制其他齒輪都很類似，）在此不在敘述
4.9低速級齒輪
4.9.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
(1)按圖所示的傳動(dòng)方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
(2)運(yùn)輸裝置為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度。
(3)材料選擇，在同一減速器各級小齒輪(或大齒輪)的材料，沒有特殊情況，應(yīng)選用相同牌號(hào)，以減少材料品種和工藝要求，故查表可選擇小齒輪材料為40 (調(diào)質(zhì))，硬度為52HRC；大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))，硬度為45HRC.
(4)選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)
(5)選取螺旋角，初選螺旋角
4.9.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按計(jì)算式試算即
(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1)試選
2)小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩
3)查表10-7可選取齒寬系數(shù), 查圖10-26可選取區(qū)域系數(shù)，，則有
4)查表可得材料的彈性影響系數(shù)。
5)查圖得按齒面硬度選取小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
6)按計(jì)算式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
7)查圖可選取接觸疲勞壽命系數(shù)，
8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù),于是得
(2)計(jì)算相關(guān)數(shù)值
1)試算小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式得
2)計(jì)算圓周速度
3) 計(jì)算齒寬及模數(shù)
4)計(jì)算總相重合度
5)計(jì)算載荷系數(shù)
查表可得使用系數(shù)，根據(jù)，7級精度，查表可得動(dòng)載系數(shù)，，，
故載荷系數(shù)
6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，按計(jì)算式得
7)計(jì)算模數(shù)
4.9.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按計(jì)算式試算即
(2)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1)計(jì)算載荷系數(shù)
2) 根據(jù)縱向重合度，查圖可得螺旋角影響系數(shù)。
3)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
4) 查表可取齒形系數(shù)，。
5) 查表可取應(yīng)力校正系數(shù)，。(線性插值法)
6) 查圖可得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。
7) 查圖可取彎曲疲勞壽命系數(shù)，。
8)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)，按計(jì)算式計(jì)算
9)計(jì)算大、小齒輪的并加以計(jì)算
大齒輪的數(shù)值較大。
10)設(shè)計(jì)計(jì)算
對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，故取，已可滿足彎曲強(qiáng)度，但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)，于是有
取，則
4.9.4、幾何尺寸計(jì)算
(1)計(jì)算中心距
將中心距圓整為。
(2)按圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多，故參數(shù)、、等不必修正。
(3)計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑
(4)計(jì)算齒輪寬度
圓整后取，。
4.10 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
因?yàn)闇p速器的各軸設(shè)計(jì)基本類似，所以以低速軸為例進(jìn)行設(shè)計(jì)及校核！
低速軸的設(shè)計(jì)
4.10.1求作用在齒輪上的力
因?yàn)楦咚佥S的小齒輪與中速軸的大齒輪相嚙合，故兩齒輪所受的、、都是作用力與反作用力的關(guān)系，則
4.10.2選取材料
可選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
4.10.3計(jì)算軸的最小直徑
查表可取
軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器，下面進(jìn)行聯(lián)軸器的選擇：
(1)聯(lián)軸器類型選擇，
(2)為了隔離振動(dòng)與沖擊，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。
(3)載荷計(jì)算
公稱轉(zhuǎn)矩T=9.55106P/n=2841N.m
由表14-1 查得KA=1.3，故由式（14-1）得計(jì)算轉(zhuǎn)矩為
Tca=KAT=3693.3 N.m
(4)型號(hào)選擇
從GB 4323-84 中查得TL11型彈性套柱銷聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為4000N.m 符合 要求，軸徑為70 mm。
4.10.4軸徑和軸段
(1)為了滿足半聯(lián)軸器安裝的軸向定位要求，最外段的長為60mm，它的臨段徑向要有軸肩定位。
(2)初選圓錐滾子軸承30220，其尺寸為dDTBC=80180373429
(4)取齒輪1、3距箱體內(nèi)壁距離為12.5mm，中速軸中間的軸肩厚度為15mm，及齒輪2、3厚度可得箱體內(nèi)寬為210mm
(5)軸肩定位高度h=（0.07~0.1）d
(6)非定位軸肩是為了加工和裝配方便而設(shè)置的，其高度沒有嚴(yán)格要求，一般取為1~2。
(7)擋油環(huán)，軸套的部分尺寸參考軸肩定位。
(8)聯(lián)軸器內(nèi)端距端蓋螺帽外端為20mm螺釘M18 的k=11.5 ，墊片厚度均為2mm。
(9)軸上零件的周向定位齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用普通平鍵型連接。軸與齒輪連接采用平鍵，L=90，齒輪輪轂與軸的配合為。同樣半聯(lián)軸器與軸連接，采用鍵。半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合保證的，此外選軸的直徑尺寸公差為。
(10)軸上齒輪所受切向力，徑向力，軸向力，。
(11)求兩軸承所受的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解到鉛垂面和水平面上兩個(gè)平面力系
圖一
圖二
圖三
(12)求兩軸承的計(jì)算軸向力和
對于型軸承，軸承的派生軸向力
故
(13)、求軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷和
查表可得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)分別為：
對于軸承1 ，
對于軸承2 ，
因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)載荷平穩(wěn)，按表13-6，
，取則。
。
(14)求該軸承應(yīng)具有的額定載荷值
因?yàn)閯t有
預(yù)期壽命 故合格
(15)彎矩圖的計(jì)算
水平面： , .
AB段：彎矩為0
BC段：
CD段：
鉛垂面：,.
AB段彎矩為0
BC段:
CD段：
做彎矩圖如下
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將計(jì)算出的截面C處的、及的值列于下表
表3
載荷
水平面
垂直面
支持力
彎矩
總彎矩
扭矩
(16)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險(xiǎn)截面C)的強(qiáng)度。根據(jù)計(jì)算式及上表的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表可得，因此，故安全。
(17)確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為，各軸肩處圓角半徑為2。
4.11箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
減速器的箱體采用鑄造（HT200）制成，采用剖分式結(jié)構(gòu)為了保證齒輪佳合質(zhì)量，
大端蓋分機(jī)體采用配合.
4.11.1機(jī)體有足夠的剛度
在機(jī)體為加肋，外輪廓為長方形，增強(qiáng)了軸承座剛度
4.11.2考慮到機(jī)體內(nèi)零件的潤滑，密封散熱
因其傳動(dòng)件速度小于12m/s，故采用侵油潤油，同時(shí)為了避免油攪得沉渣濺起，齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯xH為27mm
為保證機(jī)蓋與機(jī)座連接處密封，聯(lián)接凸緣應(yīng)有足夠的寬度，聯(lián)接表面應(yīng)精創(chuàng)，其表面粗糙度為
4.11.3機(jī)體結(jié)構(gòu)有良好的工藝性
鑄件壁厚為12，圓角半徑為R=3。機(jī)體外型簡單，拔模方便.
4.12對附件設(shè)計(jì)
4.12.1視孔蓋和窺視孔
在機(jī)蓋頂部開有窺視孔，能看到傳動(dòng)零件齒合區(qū)的位置，并有足夠的空間，以便于能伸入進(jìn)行操作，窺視孔有蓋板，機(jī)體上開窺視孔與凸緣一塊，有便于機(jī)械加工出支承蓋板的表面并用墊片加強(qiáng)密封，蓋板用鑄鐵制成，用M8緊固
4.12.2油螺塞
放油孔位于油池最底處，并安排在減速器不與其他部件靠近的一側(cè)，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔處的機(jī)體外壁應(yīng)凸起一塊，由機(jī)械加工成螺塞頭部的支承面，并加封油圈加以密封。
4.12.3油標(biāo)
油標(biāo)位在便于觀察減速器油面及油面穩(wěn)定之處。
油尺安置的部位不能太低，以防油進(jìn)入油尺座孔而溢出.
4.12.4通氣孔
由于減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，為便于排氣，在機(jī)蓋頂部的窺視孔改上安裝通氣器，以便達(dá)到體內(nèi)為壓力平衡.
4.12.5蓋螺釘
啟蓋螺釘上的螺紋長度要大于機(jī)蓋聯(lián)結(jié)凸緣的厚度。
釘桿端部要做成圓柱形，以免破壞螺紋.
4.12.6吊鉤
在機(jī)蓋上直接鑄出吊鉤和吊環(huán)，用以起吊或搬運(yùn)較重的物體.
減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸如下：
名稱
符號(hào)
計(jì)算公式
結(jié)果
箱座壁厚
10
箱蓋壁厚
10
箱蓋凸緣厚度
18
箱座凸緣厚度
18
箱座底凸緣厚度
30
地腳螺釘直徑
M22
地腳螺釘數(shù)目
查手冊
4
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
M18
機(jī)蓋與機(jī)座聯(lián)接螺栓直徑
=（0.5~0.6）
M14
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）
10
，，至外機(jī)壁距離
查機(jī)械課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表4
34
26
22
，至凸緣邊緣距離
查機(jī)械課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表4
28
20
外機(jī)壁至軸承座端面距離
=++（8~12）
55
大齒輪頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離
>1.2
15
齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離
>
15
機(jī)蓋，機(jī)座肋厚
m1=9 m= 9
軸承端蓋外徑
+（5~5.5）
112（1軸）130（2軸）
230（3軸）
軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓距離
12
4.12.7潤滑密封設(shè)計(jì)
對于二級圓柱齒輪減速器，因?yàn)閭鲃?dòng)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(hào)潤滑，裝至規(guī)定高度.
油的深度為H+
其中油的粘度大，化學(xué)合成油，潤滑效果好。密封性來講為了保證機(jī)蓋與機(jī)座聯(lián)接處密封，聯(lián)接
凸緣應(yīng)有足夠的寬度，聯(lián)接表面應(yīng)精創(chuàng)，其表面粗度應(yīng)為
密封的表面要經(jīng)過刮研。而且，凸緣聯(lián)接螺柱之間的距離不宜太大，國150mm。并勻均布置，保證部分面處的密封性。
5.基于
5減速器實(shí)體裝配體及部分零件圖片
43
.
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致謝
在設(shè)計(jì)成過程中，感謝很多人的幫助和指點(diǎn)，首先我要感謝我的母校的辛勤培育，感謝院系各位老師四年來的諄諄教誨，感謝他們默默的栽培我。
本次設(shè)計(jì)是在我的指導(dǎo)老師郭便老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此，謹(jǐn)向教師表示衷心的感謝和崇高的敬意！。
此外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，也得到了其他老師和同學(xué)的幫助，設(shè)計(jì)任務(wù)一直在很好的氛圍中進(jìn)行，在這里，也向他們表示真誠的感謝！
再次向設(shè)計(jì)中所有提供過幫助的人表示感謝！