裝配圖復(fù)合形法減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)(1),裝配,復(fù)合,減速器,優(yōu)化,設(shè)計(jì) 復(fù)合形法減速器優(yōu)化設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名: 戴曉思 班級: 078105206 指導(dǎo)老師: 朱保利 摘要：圓柱齒輪減速器是一種使用非常廣泛的機(jī)械傳動裝置。減速器是用于原動機(jī)與工作機(jī)之間的獨(dú)立的傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛，具有品種多、批量小、更新?lián)Q代快的特點(diǎn)。目前生產(chǎn)的各種類型的減速器還存在著體積大、重量重、承載能力低、成本高和使用壽命短等問題，與國外先進(jìn)產(chǎn)品相比還有較大的差距。對減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇最佳參數(shù)是提高承載能力、減輕重量和降低成本等各項(xiàng)指標(biāo)的一種重要途徑。 單級圓柱齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，利用fortran語言進(jìn)行編程優(yōu)化。本課題以減速器最大尺寸最小或重量最輕為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)減速器的最優(yōu)參數(shù)，研究內(nèi)容：采用復(fù)合形法，以體積最小為目標(biāo)進(jìn)行減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)，與常規(guī)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較分析，繪制減速器3d裝配圖及主要零件圖 此次設(shè)計(jì)的減速器與常規(guī)設(shè)計(jì)比較具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低等問題。編程方法簡單，能夠很好的達(dá)到優(yōu)化效果，能夠運(yùn)用到工程實(shí)際中去。 關(guān)鍵字： 單級圓柱齒輪減速器、優(yōu)化設(shè)計(jì)、fortran、復(fù)合型法、體積、 3d設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師簽名： optimal design of reliability for the single-stage helical cylinder gear reducer Student name: Dai Xiaosi Class：0781052 Supervisor: Professor Zhu Baoli Abstract: The wheels gear is a very extensive use of automatic transmission. gear is used for the original motion and the work of the independence of the transmission that is used to reduce speed and torques increase in turn, need to work. in modern machinery used in a wide variety and quantity of small and fast. the upgrading of the production of various kinds of gear have a great volume and weight bearing ability, heavy and low cost and high and use a shorter life span, And advanced product compare there is a large gap. the gear design and optimize the choice of the parameter is to improve the bearing ability, lighten the weight and reduce costs for all the way. This column with the main gear design is a computer-aided design and optimize the use of fortran programming language. this subject in order to gear the maximum size to the weight or the light of objective function, the design of gear and study the contents of a composite image ：, to save the goal of gear design and optimize the conventional design a comparative analysis, gear and main parts of the assembly drawing The design of gear and conventional design are a small volume, light weight, compact structure, low cost etc. a programming method is simple to very good to achieve the effect can be applied to the actual. Keyword: A homopolar bevel gear speed reducer optimizing design fortran complex method volume 3d design Signature of conductor: 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 1 前 言 ...............................................................................................2 1.1 復(fù)合形法減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義 .............................................................................2 1.1．1 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)與減速器設(shè)計(jì)現(xiàn)狀 .................................................................2 1.1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟 .................................................................................................3 1.1.3 減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析 ......................................................................................5 1.1.4 減速器的研究意義與發(fā)展前景 ..........................................................................6 1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r .........................................................................................................7 1.2.1、國內(nèi)減速器技術(shù)發(fā)展簡況 ...............................................................................7 1.2.2、國內(nèi)減速器技術(shù)發(fā)展簡況 ...............................................................................8 1.3 論文的主要內(nèi)容 .........................................................................................................9 2 齒輪嚙合參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型的建立 .......................................9 2.1 設(shè)計(jì)變量的確定 .........................................................................................................9 2.2 目標(biāo)函數(shù)的確定 .......................................................................................................10 2.3 約束條件的建立 .......................................................................................................11 3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法-復(fù)合形法調(diào)優(yōu) ............................................................12 3.1 復(fù)合形法介紹 ...........................................................................................................12 3.2 復(fù)合形法計(jì)算步驟 ...................................................................................................13 3.3 單級圓柱齒輪減速器復(fù)合形法 FORTRAN優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)子程序 ..........14 3.4 優(yōu)化結(jié)果 ...................................................................................................................16 4 減速器的常規(guī)設(shè)計(jì) .............................................................................16 4.1 減速器的結(jié)構(gòu)與性能介紹 .......................................................................................16 4.2.帶傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 ..........................................................................................17 4.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)說明 ...................................................................................18 4.4.聯(lián)軸器的選擇 ..........................................................................................................21 4.5.軸的設(shè)計(jì)及校核 ......................................................................................................21 4.5.1.從動軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...............................................................................................21 4.5.2.主動軸的設(shè)計(jì) ...................................................................................................22 4.5.3.危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度校核 .......................................................................................23 4.6.鍵的選擇及校核 ......................................................................................................25 4.7.軸承的選擇及校核 ..................................................................................................25 4.8.減速器潤滑方式、密封形式 ..................................................................................25 4.8.1.密封 ...................................................................................................................26 4.8.2．潤滑 .................................................................................................................26 5 優(yōu)化結(jié)果分析 .....................................................................................26 6 減速器 3D 簡略設(shè)計(jì)過程（UG） .......................................................26 6.1. 減速器機(jī)蓋設(shè)計(jì) .....................................................................................................26 6.2 減速器機(jī)座設(shè)計(jì) .......................................................................................................28 6.3 軸的設(shè)計(jì) ...................................................................................................................28 6.3.1 傳動軸的設(shè)計(jì) ....................................................................................................28 6.3.2 齒輪軸的設(shè)計(jì) ....................................................................................................29 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 6.4 齒輪的設(shè)計(jì) ...............................................................................................................30 6.5 軸承的設(shè)計(jì)（以大軸承為例） ...............................................................................32 6.5 減速器的裝配（其它零部件說明省略） ...............................................................33 7 總結(jié) .....................................................................................................34 8 參考文獻(xiàn) .............................................................................................35 9 致 謝 ...................................................................................................36 1 前 言 1.1 復(fù)合形法減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義 1.1．1 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)與減速器設(shè)計(jì)現(xiàn)狀 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是在電子計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門先進(jìn)技術(shù)。它是根 據(jù)最優(yōu)化原理和方法，利用電子計(jì)算機(jī)為計(jì)算工具，尋求最優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)的一 種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。 實(shí)踐證明，優(yōu)化設(shè)計(jì)是保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的性能、減輕重量或體積、降低成本的一 種有效設(shè)計(jì)方法。 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程是首先將工程實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù) 數(shù)學(xué)模型的特征，選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法及其程序，通過計(jì)算機(jī)求得最 優(yōu)解。 概括起來，最優(yōu)化設(shè)計(jì)工作包括兩部分內(nèi)容： （1） 將設(shè)計(jì)問題的物理模型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型。建立數(shù)學(xué)模型時(shí)要選取設(shè)計(jì)變 量，列出目標(biāo)函數(shù)，給出約束條件。目標(biāo)函數(shù)是設(shè)計(jì)問題所要求的最優(yōu)指標(biāo)與 設(shè)計(jì)變量之間的函數(shù)關(guān)系式。 （2） 采用適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化方法，求解數(shù)學(xué)模型?？蓺w結(jié)為在給定的條件（例如 約束條件）下求目標(biāo)函數(shù)的極值或最優(yōu)值問題。 減速器作為一種傳動裝置廣泛用于各種機(jī)械產(chǎn)品和裝備中，因此，提高其承載能力， 延長使用壽命，減小其體積和質(zhì)量等，都是很有意義的，而目前在二級傳動齒 輪減速器的設(shè)計(jì)方面，許多企業(yè)和研究所都是應(yīng)用手工設(shè)計(jì)計(jì)算的方法，設(shè)計(jì) 過程瑣碎而且在好多方面都是通過先估計(jì)出參數(shù)然后再校核計(jì)算的過程。這對 于設(shè)計(jì)者來說是枯燥無味的，進(jìn)行的是重復(fù)性工作，基本沒有創(chuàng)造性；對于企 業(yè)來說增加了產(chǎn)品的成本且不易控制產(chǎn)品質(zhì)量。這些對提高生產(chǎn)力，提高經(jīng)濟(jì) 效益都是不利的?，F(xiàn)代最優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展為解決這些問題提供了有效途徑。目 前，最優(yōu)化方法在齒輪傳動中的應(yīng)用已深入到設(shè)計(jì)和研究等許多方面。例如， 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 關(guān)于對齒面接觸強(qiáng)度最佳齒廓的設(shè)計(jì)；關(guān)于形成最佳油膜或其它條件下齒輪幾 何參數(shù)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)；關(guān)于齒輪體最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸的選擇；關(guān)于齒輪傳動裝置傳 動參數(shù)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)；在滿足強(qiáng)度要求等約束條件下單位功率質(zhì)量或體積最小 的變速器的最優(yōu)化設(shè)計(jì)；以總中心距最小和以轉(zhuǎn)動慣量最小作為目標(biāo)的多級齒 輪傳動系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)；齒輪副及其傳動系統(tǒng)的動態(tài)性能的最優(yōu)化設(shè)計(jì)（動 載荷和噪音最小化的研究，慣性質(zhì)量的最優(yōu)化分配及彈性參數(shù)的最優(yōu)選擇）等。 即包括了對齒輪及其傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量，齒輪幾何參數(shù)和齒廓形狀， 傳動參數(shù)等運(yùn)動學(xué)問題，振動、噪音等動力學(xué)問題的最優(yōu)化。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是針對二級圓柱齒輪減速器的體積進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其意義在于利用 已學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，熟悉工程設(shè)計(jì)的一般過程，同時(shí)把先進(jìn)的設(shè)計(jì)方 法、理念應(yīng)用于設(shè)計(jì)中，為新技術(shù)時(shí)代的到來打下基礎(chǔ)。 1.1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟 齒輪傳動的優(yōu)化設(shè)計(jì)，作為優(yōu)化方法在工程設(shè)計(jì)問題中的一種實(shí)際應(yīng)用，如撇 開其待定的工程特點(diǎn)不談，它的實(shí)施步驟并無特定之處。其步驟歸納起來如下： （1） 建立數(shù)學(xué)模型 用數(shù)學(xué)語言來描述設(shè)計(jì)任務(wù)，包括確定設(shè)計(jì)變量，建立目標(biāo)函數(shù)和確定約束條 件。 （2） 選擇優(yōu)化算法 對于一定的數(shù)學(xué)模型，選用何種優(yōu)化算法來求得其最優(yōu)解，對提高計(jì)算效率， 甚至對保證計(jì)算成功有著相當(dāng)大的關(guān)系。選擇的依據(jù)通常是：是連續(xù)問題還是離散 問題？是有約束問題還是無約束問題？問題的規(guī)模多大？所要達(dá)到的計(jì)算精度如何？ 目標(biāo)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是否容易計(jì)算？目標(biāo)函數(shù)和數(shù)學(xué)形態(tài)如何？是否有現(xiàn)成的程序可以 引用？盡可能使優(yōu)化計(jì)算過程可靠地完成，這一點(diǎn)是選擇算法時(shí)應(yīng)著重予以考慮的。 本文按要求采用復(fù)合形法。 （3） 繪出計(jì)算的流程圖 對已經(jīng)建立的數(shù)學(xué)模型和選定的優(yōu)化算法，必須把它們編制成程序，才能夠交 由計(jì)算機(jī)完成計(jì)算。在編制程序前，應(yīng)當(dāng)把包括計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值、反映約束條件和 執(zhí)行優(yōu)化算法在內(nèi)的整個計(jì)算過程，整理排列為一些邏輯關(guān)系，清楚流程流向合理 的以方框表示的流程圖，以充分反映整個計(jì)算過程中各部分計(jì)算的先后順序及相互 關(guān)系。這些流程圖不僅便于我們檢查整個計(jì)算過程是否組織的正確方便，而且可作 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 為編制程序的依據(jù)。 （4） 編制程序 編寫準(zhǔn)備輸入計(jì)算機(jī)的源程序。選擇哪一種計(jì)算機(jī)語言來編制程序應(yīng)當(dāng)根據(jù)計(jì) 算機(jī)的軟件配置和對現(xiàn)成程序可引用的程度來決定，并且也要考慮到數(shù)學(xué)模型的計(jì) 算特點(diǎn)和編程人員對語言的掌握情況。 再編制程序以前，對整個程序的結(jié)構(gòu)安排、輸入輸出方式、乃至標(biāo)示符的命名 等問題，都應(yīng)當(dāng)有充分的考慮。一個好的計(jì)算程序，不僅表現(xiàn)為計(jì)算速度快，占用 存儲少等內(nèi)在質(zhì)量，而且在外觀上具有條理清晰、結(jié)構(gòu)簡單、易于閱讀等優(yōu)點(diǎn)，使 得程序易被檢查和修改。 程序編成后，應(yīng)在計(jì)算機(jī)上反復(fù)調(diào)試。待程序調(diào)試通過后，可選擇一些典型的 算例驗(yàn)算多次，以證明程序中的各條計(jì)算路徑都是暢通無誤的。 （5） 上機(jī)計(jì)算 待完成的設(shè)計(jì)任務(wù)向我們提供了設(shè)計(jì)條件，把這些設(shè)計(jì)條件整理排列成輸入數(shù) 據(jù)，并輸入到計(jì)算機(jī)中以后，計(jì)算機(jī)將完成優(yōu)化設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)者閱讀計(jì)算機(jī)的輸 出報(bào)告后，將直接過得去減速器齒輪傳動設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案，并且獲悉此項(xiàng)設(shè)計(jì)所達(dá) 到的主要性能目標(biāo)。對此，可做一些必要的分析復(fù)核工作。 （6） 進(jìn)行方案評估和決策 優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖如圖 1-3。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 圖 1-2 優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖 1.1.3 減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析 完整設(shè)計(jì)一臺減速器是一個較為復(fù)雜的過程，需要完成齒輪傳動設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)`軸承選型設(shè)計(jì)以及箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一臺三級傳動的減速器，其需要確定的各種 參數(shù)不下數(shù)百個。假如我們不加分析地企圖把這整個設(shè)計(jì)任務(wù)轉(zhuǎn)化為一個進(jìn)行優(yōu)化 設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，以便一舉確定數(shù)百個參數(shù)的優(yōu)化值，那么這種做法幾乎一開始就 會遭到難以克服的困難。 這是因?yàn)椋M管不難定出我們的優(yōu)化目標(biāo)，也能夠定出這數(shù)百個設(shè)計(jì)變量，然 而我們即使運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計(jì)科學(xué)現(xiàn)有的全部知識，也無法理清這些設(shè)計(jì)變量與目標(biāo) 之間究竟存在著什么函數(shù)關(guān)系，以及這些設(shè)計(jì)變量之間必須遵循什么約束條件。也 就是說，我們無法把目標(biāo)演繹成為一個可算的函數(shù)。 事實(shí)上這種做法是可以避免的，也是完全不必要的。雖然作為一個整體，減速 器的齒輪、軸、軸承和箱體之間有著密切的關(guān)系，但是這些部分之間齒輪卻存在著 地位的主次后設(shè)計(jì)順序的先后。減速器的功能是由齒輪傳動來體現(xiàn)的，軸和軸承對 齒輪僅起支撐和定位作用，箱體又起了支撐全部傳動件和作為密封容器的作用。不 難理解，只要優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是減速器承載能力最大或體積最小等，那么，成為優(yōu) 化設(shè)計(jì)主要對象的只會是齒輪傳動部分。這部分設(shè)計(jì)的緊湊、高效了，其他零件也 可相應(yīng)的設(shè)計(jì)的輕小些，對整個減速器所定下的設(shè)計(jì)目標(biāo)也就實(shí)現(xiàn)了。其間所需要 注意事項(xiàng)僅僅是：齒輪傳動部分的設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)當(dāng)在空間關(guān)系上能夠容納有相應(yīng)承載 能力的軸和軸承的存在。 依據(jù)這樣的理解和分析，我們根據(jù)一般減速器的設(shè)計(jì)步驟，把單級圓柱齒輪減 速器的優(yōu)化問題也分解成為齒輪傳動的優(yōu)化設(shè)計(jì)和其他零件各自的設(shè)計(jì)。這樣，就 在不影響設(shè)計(jì)效果的前提下，把一個大問題簡化為幾個獨(dú)立的較小的問題。具體說， 整個單級圓柱齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程按其設(shè)計(jì)順序分解為下述幾個過程。 （1） 齒輪傳動的優(yōu)化設(shè)計(jì) 根據(jù)要求在齒輪傳動裝置的總體尺寸和軸、軸承等的結(jié)構(gòu)布置方案已定的情況 下，可以通過對齒輪嚙合參數(shù)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到提高其承載能力并考慮級間等強(qiáng) 度條件，所以本文先建立了該設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型和目標(biāo)函數(shù)，之后就可以著手已要求 的優(yōu)化算法——復(fù)合形法來求解齒輪傳動的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。 （2） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 齒輪傳動設(shè)計(jì)完成以后，每一根軸將受到的外載荷就可以確定，軸的跨距和各 軸段的長度也可定出，這時(shí)軸的設(shè)計(jì)問題已成為確定各軸段的直徑、必要的鍵連接 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 以及其他一些細(xì)節(jié)的問題。根據(jù)現(xiàn)代關(guān)于軸的應(yīng)力和變形的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，解決這 個問題當(dāng)然以校核計(jì)算的方式最為合適。也就是說，可以按照軸的受載情況，根據(jù) 經(jīng)驗(yàn)先繪出軸的結(jié)構(gòu)草圖，然后驗(yàn)算其強(qiáng)度和剛度是否足夠。如果強(qiáng)度和剛度足夠， 且其裕度適當(dāng)，那么軸的結(jié)構(gòu)就完成了；否則，就需要對軸的初步設(shè)計(jì)做一些改動， 并重新驗(yàn)算其強(qiáng)度和剛度。 （3） 軸承的選型 根據(jù)已經(jīng)知道的載荷，考慮受力情況`變形限制`工作環(huán)境和其他一些因素，可 初步選定減速器滾動軸承的類型和尺寸，然后就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行滾動軸承的壽命和靜載安 全系數(shù)的計(jì)算。這也是一項(xiàng)校核計(jì)算，如果校核未獲通過，就應(yīng)當(dāng)考慮變更軸承的 類型或加大軸承的尺寸，甚至選用性能更好軸承。 從以上的敘述中可以得出以下結(jié)論：減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是其中齒輪 傳動的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在首先完成齒輪傳動的優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，可按傳統(tǒng)方法確定軸的結(jié) 構(gòu)和軸承型號，再在計(jì)算機(jī)輔助之下對軸的強(qiáng)度、剛度、軸承的壽命、靜載安全系 數(shù)進(jìn)行校核。 1.1.4 減速器的研究意義與發(fā)展前景 隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對產(chǎn)品的需求是多樣化的，這就 決定了未來的生產(chǎn)方式趨向多品種、小批量。在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著齒輪 減速器，它是一種不可缺少的機(jī)械傳動裝置. 它是機(jī)械設(shè)備的重要組成部分和核心 部件。目前，國內(nèi)各類通用減速器的標(biāo)準(zhǔn)系列已達(dá)數(shù)百個，基本可滿足各行業(yè)對通 用減速器的需求。國內(nèi)減速器行業(yè)重點(diǎn)骨干企業(yè)的產(chǎn)品品種、規(guī)格及參數(shù)覆蓋范圍 近幾年都在不斷擴(kuò)展，產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到國外先進(jìn)工業(yè)國家同類產(chǎn)品水平，承擔(dān)起為 國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)提供傳動裝置配套的重任，部分產(chǎn)品還出口至歐美及東南亞地區(qū)， 推動了中國裝配制造業(yè)發(fā)展。 圓柱齒輪減速器是一種使用非常廣泛的機(jī)械傳動裝置。減速器是用于原動機(jī)與 工作機(jī)之間的獨(dú)立的傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。在現(xiàn) 代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛，具有品種多、批量小、更新?lián)Q代快的特點(diǎn)。目前生產(chǎn)的各 種類型的減速器還存在著體積大、重量重、承載能力低、成本高和使用壽命短等問 題，與國外先進(jìn)產(chǎn)品相比還有較大的差距。對減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇最佳參數(shù) 是提高承載能力、減輕重量和降低成本等各項(xiàng)指標(biāo)的一種重要途徑。 目的： 通過設(shè)計(jì)熟悉機(jī)器的具體操作，增強(qiáng)感性認(rèn)識和社會適應(yīng)能力，進(jìn)一 步鞏固、 深化已學(xué)過的理論知識，提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 力。學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法，掌握通用機(jī)械零件、機(jī)械傳動裝置或簡單機(jī)械的設(shè) 計(jì)原理和過程。對所學(xué)技能的訓(xùn)練，例如：計(jì)算、繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料和手冊，運(yùn) 用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。學(xué)會利用多種手段(工具)解決問題，如：在本設(shè)計(jì)中可選擇 CAD 等制圖工具。了解減速器內(nèi)部齒輪間的傳動關(guān)系。 意義： 通過設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，提高分析問題、解決 問題的獨(dú)立工作能力；通過實(shí)習(xí)，加深學(xué)生對專業(yè)的理解和認(rèn)識，為進(jìn)一步開拓專 業(yè)知識創(chuàng)造條件，鍛煉動手動腦能力，通過實(shí)踐運(yùn)用鞏固了所學(xué)知識，加深了解其 基本原理。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1.2.1、國內(nèi)減速器技術(shù)發(fā)展簡況 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)械傳動裝置。 當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機(jī)械效率過低的問題。 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。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動 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 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，還在傳動原理和傳動結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新，平動齒輪傳動 原理的出現(xiàn)就是一例。減速器與電動機(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)動機(jī)已基本研制成功，美國和荷蘭近期研制的分子發(fā)動機(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。 1.2.2、國內(nèi)減速器技術(shù)發(fā)展簡況 國內(nèi)的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小， 或者傳動比大而機(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、擺線針輪傳動、諧波傳動等減速器具有傳動比大，體積小、機(jī)械效率高等 優(yōu)點(diǎn)?。但受其傳動的理論的限制，不能傳遞過大的功率，功率一般都要小于 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 40kw。由于在傳動的理論上、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，是一種外平動齒輪傳動的減速器，它 可實(shí)現(xiàn)較大的傳動比，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)對平動齒輪傳動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減速器開展了一些工作。二、平動齒 輪減速器工作原理簡介,平動齒輪減速器是指一對齒輪傳動中，一個齒輪在平動發(fā)生 器的驅(qū)動下作平面平行運(yùn)動，通過齒廓間的嚙合，驅(qū)動另一個齒輪作定軸減速轉(zhuǎn)動， 實(shí)現(xiàn)減速傳動的作用。平動發(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)作為平動發(fā)生器。平動發(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)齒輪作平動運(yùn)動和外齒輪作平動運(yùn)動兩種 情況。外平動齒輪減速機(jī)構(gòu)，其內(nèi)齒輪作平動運(yùn)動，驅(qū)動外齒輪并作減速轉(zhuǎn)動輸出。 該機(jī)構(gòu)亦稱三環(huán)(齒輪)減速器。由于內(nèi)齒輪作平動，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)平動齒輪減速，其外齒輪 作平動運(yùn)動，驅(qū)動內(nèi)齒輪作減速轉(zhuǎn)動輸出。由于外齒輪作平動，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)平動齒輪機(jī)構(gòu)傳動效率高、 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)傳動比范圍大，自 I=10 起，最大可達(dá)幾千。若制作成大 傳動比的減速器，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。 1.3 論文的主要內(nèi)容 首先是了解該課題的特點(diǎn)以及發(fā)展?fàn)顩r,對所選課題有個初步的了解，通過設(shè)計(jì)熟悉 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9 機(jī)器的具體操作，增強(qiáng)感性認(rèn)識和社會適應(yīng)能力，進(jìn)一步鞏固、 深化已學(xué)過的理論 知識，提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。學(xué)習(xí)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一 般方法，掌握通用機(jī)械零件、機(jī)械傳動裝置或簡單機(jī)械的設(shè)計(jì)原理和過程。本課題 以減速器體積最小為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)減速器的最優(yōu)參數(shù)，根據(jù)實(shí)際的機(jī)械設(shè)計(jì)問題 建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，即用數(shù)學(xué)形式來描述實(shí)際設(shè)計(jì)問題，在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)需要 應(yīng)用專業(yè)知識確定設(shè)計(jì)的限制條件和目標(biāo)函數(shù)，應(yīng)用復(fù)合型法編制 frotran 語言， 以計(jì)算機(jī)作為工具求最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。后進(jìn)行常規(guī)計(jì)算，與常規(guī)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較分 析，繪制減速器裝配圖，裝配圖畫好后,從裝配圖中設(shè)計(jì)計(jì)算選擇各零件以及完成對 零件圖的初步繪制, 用三維軟件 UG 建立實(shí)體模型 2 齒輪嚙合參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型的建立 2.1 設(shè)計(jì)變量的確定 圖 2-1 單級圓柱齒輪減速器的結(jié)構(gòu)尺寸 圖 2-1 是單級圓柱齒輪減速器的結(jié)構(gòu)簡圖，已知齒數(shù)比為 u,輸入功率為 P，主 動齒輪轉(zhuǎn)速為 n1,求在滿足零件的強(qiáng)度和剛性條件下，使減速器體積最小的各項(xiàng)設(shè) 計(jì)參數(shù) 齒輪和軸的尺寸是決定減速器體積的依據(jù)，可按它們的體積最小原則來建立目 標(biāo)函數(shù)，殼體內(nèi)的齒輪和軸的體積近似的表示為 (2-1) 222120212 221 21.5()0.5()0.5())78.[ ..(.6)83]z zgzzz zzzzVbdbdbcDdclmumul???????????? 式中各符號的意義由上圖給出，其計(jì)算公式為 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 (2-2) 12122012,.65(0.6).g zdmzDuzdcb??? 由上式可知，當(dāng)齒數(shù)比給定后，體積 V 取決于 b、z1、ml、dz1 和 dz2六個參數(shù)，則 設(shè)計(jì)變量可取為 (2-3) 12341526zxmXldx????????? 2.2 目標(biāo)函數(shù)的確定 已知單級圓柱齒輪減速器輸入功率 P=22kw,輸入轉(zhuǎn)速 n1=960r/min,齒數(shù)比 u=4.5 所以目標(biāo)函數(shù)為 ()minfxV?? （2-4） 222131313216566245min0.7839(4.57.85.9.)xxxxx?????? 2.3 約束條件的建立 約束函數(shù)(帶入設(shè)計(jì)變量和數(shù)值)為 1）齒數(shù) 應(yīng)大于不發(fā)生根切的最小齒數(shù) 得1z minz (2-5)min1()0GXz??? 2)齒寬應(yīng)滿足 ， 齒寬系數(shù)，一般取i ax/bd??minax0.9,1.4?? (2-6)2in1()/ (2-7)3max0z 3)動力傳動的齒輪模數(shù)應(yīng)大于 2mm (2-8)4()GX??? 4）為了限制大齒輪的直徑不至過大，小齒輪的直徑不能大于 1maxd (2-9)51max()0zd 5)齒輪軸直徑的取值范圍： 得inmaxzzd 61in()zX??? 7max0Gd (2-10)82in2()zz 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 92max()0zGXd??? 6)軸的支承距離 l 按結(jié)構(gòu)關(guān)系，應(yīng)滿足條件： (取20.5minzlbd??? )得 min20? (2-11)12(0.540zbdl? 7）齒輪的接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力應(yīng)不大于許用值，得 ??1()HGX???? (2-12)210F 132() 8)齒輪軸的最大繞度 不大于許用值[ ]max?? （2-13）14()]0X??? 9)齒輪軸的彎曲應(yīng)力 σw 不大于許用值[σ]w??151()wG? （2-14）620X??? 代入數(shù)值不等式可表示為： 12()72130.9/()0GX???32().4X4352()0651???7()GX8630 9()210364.50X???? 231 4()GX122 4213275() 30(0.69.0.81)XX?? ???132 42132() 5(..1.39)GX? 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 4214354()7.0()0.GXxx??? 612535238*1.*5.0?6213163623.04()()xXx??? 3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法-復(fù)合形法調(diào)優(yōu) 3.1 復(fù)合形法介紹 復(fù)合形法是求解約束非線性最優(yōu)化問題的一種重要的直接方法。它來源于用于 求解無約束非線性最優(yōu)化問題的單純形法，實(shí)際上是單純形法在約束問題中的發(fā)展。 如前所述，在求解無約束問題的單純形法中，不需計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的梯度，而是靠選 取單純形的頂點(diǎn)并比較各頂點(diǎn)處目標(biāo)函數(shù)值的大小，來尋找下一步的探索方向的。 在用于求解約束問題的復(fù)合形法中，復(fù)合形各頂點(diǎn)的選擇和替換，不僅要滿足目標(biāo) 函數(shù)值的下降，還應(yīng)當(dāng)滿足所有的約束條件。 復(fù)合形法它的基本思路是在可行域內(nèi)構(gòu)造一個具有 k 個頂點(diǎn)的初始復(fù)合形。對 該復(fù)合形各頂點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行比較，找到目標(biāo)函數(shù)值最大的頂點(diǎn)（稱最壞點(diǎn)） ， 然后按一定的法則求出目標(biāo)函數(shù)值有所下降的可行的新點(diǎn)，并用此點(diǎn)代替最壞點(diǎn)， 構(gòu)成新的復(fù)合型，復(fù)合形的形狀每改變一次，就像最優(yōu)點(diǎn)移動一步，直至逼近最優(yōu) 點(diǎn)，復(fù)合形法算法原理圖如圖 3-1。 由于復(fù)合形的形狀不必保持規(guī)則的圖形，對目標(biāo)函數(shù)及約束函數(shù)的形狀又無特 殊要求，因此該法的適用性強(qiáng)，在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 13 圖 3-1 復(fù)合形法的算法原理 方法特點(diǎn) （1）復(fù)合形法是求解約束非線性最優(yōu)化問題的一種直接方法，由于復(fù)合形的形狀不 必保持規(guī)則的圖形，對目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)無特殊要求，因此這種方法適應(yīng)性強(qiáng)， 在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。 （2）復(fù)合形法適用于僅含不等式約束的問題。 3.2 復(fù)合形法計(jì)算步驟 基本的復(fù)合形法（只含反射）的計(jì)算步驟為： 1)選擇復(fù)合形的頂點(diǎn)數(shù) ，一般取 ，在可行域內(nèi)構(gòu)成具有 個頂k12nk??k 點(diǎn)的初始復(fù)合形。 2）計(jì)算復(fù)合形各頂點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值，比較其大小，找出最好點(diǎn) 、最壞點(diǎn)lx 及次壞點(diǎn)Hxcx 3）計(jì)算除去最壞點(diǎn) 以外的 個頂點(diǎn)的中心 。判別 是否可行，若H(1)k?cxc 為可行點(diǎn)，則轉(zhuǎn)步驟 4） ；若 為非可行點(diǎn)，則重新確定設(shè)計(jì)變量的下限c cx 和上限值，即令 1,cab? 然后轉(zhuǎn)步驟 1),重新構(gòu)造初始復(fù)合形。 4）計(jì)算反射點(diǎn) xR，必要時(shí)，改變反射系數(shù) a 的值，直至反射成功，然后以 XR 取代 Xh，構(gòu)成新的復(fù)合形。 5）若收斂條件 （2-15）21{[()]} kjfxfl????? 得到滿足，計(jì)算終止。約束最優(yōu)解為： 。否則，轉(zhuǎn)步驟**,()LLxffx? 2） 。 復(fù)合形法的程序框圖為 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 圖 3-2 復(fù)合形法的程序框圖 3.3 單級圓柱齒輪減速器復(fù)合形法 fortran 優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束函 數(shù)子程序 C ====================== SUBROUTINE FFX(N,X,FX) C ====================== DIMENSION X(N) COMMON /ONE/ ITE,KTE,ILI,NPE,NFX,NGR NFX=NFX+1 FX=0.785398*(X(1)*X(3)**2*(4.0375*X(2)**2+76.5*X(2)-85.0)+ 1 X(6)**2*(0.92*X(1)+X(4)+32.0)+X(5)**2*(-X(1)+X(4)+28.0)+ 2 X(1)*X(3)*X(6)*(0.72*X(2)-1.6)) RETURN END C ========================= SUBROUTINE GGX(N,KG,X,GX) C ========================= DIMENSION X(N),GX(KG) GX(1)=17.0-X(2) 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15 GX(2)=0.9-X(1)/(X(2)*X(3)) GX(3)=X(1)/(X(2)*X(3))-1.4 GX(4)=2.0-X(3) GX(5)=X(2)*X(3)-300.0 GX(6)=100.0-X(5) GX(7)=X(5)-150.0 GX(8)=130.0-X(6) GX(9)=X(6)-200.0 GX(10)=X(1)+0.5*X(6)-X(4)+40.0 GX(11)= 44163/(X(2)*X(3)*SQRT(X(1)))-550.0 GX(12)=755/(X(1)*X(2)*X(3)**2*(0.169+ 1 0.006666*X(2)-0.854*10**(-4)*X(2)**2))-300 GX(13)=755/(X(1)*X(2)*X(3)**2*(0.2824+ 1 0.00177*X(2)-0.394*10**(-4)*X(2)**2))-235 GX(14)=117.04*X(4)**4/(X(2)*X(3)*X(5)**4)-0.003*X(4) GX(15)=(1/X(5)**3)*SQRT((.285E7*X(4)/(X(2)*X(3)))**2+0.24E13)-5.5 GX(16)=(1/X(6)**3)*SQRT((.285E7*X(4)/(X(2)*X(3)))**2+0.60E14)-5.5 RETURN END 3.4 優(yōu)化結(jié)果 7()0.6431Fx?? *1256[][3.85.46219.70.413.86]T Tx? 將最優(yōu)設(shè)計(jì)方案按設(shè)計(jì)規(guī)范圓整，可得最優(yōu)解為 [653170]Tx 7().3Fx?? 4 減速器的常規(guī)設(shè)計(jì) 4.1 減速器的結(jié)構(gòu)與性能介紹 1.結(jié)構(gòu)形式 按工作要求和條件，選用三機(jī)籠型電動機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓 380V， Y 系列斜閉式自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)。 （1）減速器的輸入功率 wP2wk? 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 (2)V 帶傳送效率 ?帶 0.96??帶 （3）電動機(jī)功率 dP/2.17dwPk帶 查文獻(xiàn)【4】表 20-1 選定電動機(jī)類型為 30edw (4)確定電機(jī)型號 V 帶傳動常用傳動比范圍 電機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為2~4i?*19038/minnr減 電動機(jī)選 180YM?5/inr滿 26.7i ?帶 滿 3.傳動比分配 3.07i?帶 4.5i齒 4.動力運(yùn)動參數(shù)計(jì)算 （1） 轉(zhuǎn)速 n 0295/minnr滿 6??//4.13/ii? （2） 功率Ｐ 02.97Pkw??23*.*21.7k??? （3） 轉(zhuǎn)矩 T 0095/5.97/504.9PnNM?11*26184.T? 4.2.帶傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 1. 計(jì)算功率 caP 由文獻(xiàn)【1】查的工作情況系數(shù) 1.3K?*297.caPkw?? 2. 選擇 帶帶型V 根據(jù) ， 由圖【1】8-10 選用 型caP1nB 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 17 3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速 V 1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 ，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑1d 132dm? 2）驗(yàn)證帶速 V??1*32950.760*6dnMPa 因?yàn)?,故帶速合適。5/3/mss? 3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。 圓整為2132.7405dim??240dm? 4.確定 V 帶的中心距和基準(zhǔn)直徑 dL 1）初定中心距為 07a 2）計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度 0d????21012025.64ddL ma?????? 有文獻(xiàn)【1】表 8-2 選帶的基準(zhǔn)直徑 40dL 3）計(jì)算實(shí)際中心距 a 00694.2dLa???? 中心距的變化范圍為 671m 5.驗(yàn)算小帶輪包角 1? 0 012157.38().9da???? 6.計(jì)算帶的根數(shù) z 1）計(jì)算單根 V 帶的額定功率 rP 表 8-4a 得 0P3.64kw? 由表 8-4b 得 92? 查表 8-5 得 .aK1l 0P()*3.76ralKk???A 2)計(jì)算 V 帶的根數(shù) z 取 8 根r29.7/36.9ca 7.計(jì)算單根 V 帶的初拉力的最小值 0min()F B 型帶的單位長度質(zhì)量 .18q? 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 2c0min 25P2.1(F)=-+qVzKa9.7.0.8.37=1.N836???????? 應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力大于 221.3N 8.計(jì)算壓軸力 Fp 壓軸力的最小值為 opmin0α157.9(F)=2zsi28.3sin=34.15N2? 9.帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（略） 4.3 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)說明 １．選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1）傳動方案為單級直齒圓柱齒輪傳動 2）材料選擇。 小齒輪選用 45 號鋼，正火處理，HB=280 大齒輪選用 45 號鋼，正火處理，HB=240 3）選小齒輪齒數(shù) ,大齒輪齒數(shù)124z?21*4.5108zi?? 2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》查得 ， lim160HMpa?lim250HPa?1s li5,F?li38Fp? , ??4?? ,30.pa.9Ma 1）試選載荷系數(shù) 1.tK 2） 8.5TNm? 3)由表 10-7 選取齒寬系數(shù) d?? 4)計(jì)算小齒輪最小分度圓直徑 ??? ?????33221()1.*8.5*.767683.04HKTud m 5）計(jì)算圓周速度 V???1.9.15/606tdns 6)計(jì)算齒寬 b 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 19 ????1*83..tbdm 7）計(jì)算齒寬與齒高之比 模數(shù) 1..472ttmZ 齒高 ??.5.*3..81th/06b 8）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) ，7 級精度，查得動載系數(shù)4.185/Vms? 1.2VK 直齒輪 HaFK 由文獻(xiàn)【1】表 10-2 查得使用系數(shù) A?.3H? 1.28F? 載荷系數(shù) 1.478AVH??? 9)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 1d??331 ..6.94ttKdm 5）計(jì)算模數(shù) m1/86.94/2.dz? 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 ????32()[]1FSdYKTz （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1)小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 , 大齒輪 lim150FMpa?lim2380FMpa?? 小齒輪的彎曲疲勞許用應(yīng)力 ，??3. 大齒輪 289? 2）計(jì)算載荷系數(shù) K1*..143AVF????? 3)計(jì)算大小齒輪的 并加以比較?[]S Y 查得齒形系數(shù) ; ?12.65F?2.76F 查得應(yīng)力校正系數(shù) ; ?8S?10SY 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 ????12.65*1.80.3[]3FSY 2.7..64[]9F 大齒輪的數(shù)值大 （2）設(shè)計(jì)計(jì)算 ?????321().615[]FSdYKTmz 圓整得 ?186.94? 取 1//zd130z2 分度圓直徑 1025m 計(jì)算中心距 47.a 齒輪寬度 19B?29 4.齒輪的幾何尺寸計(jì)算 分度圓直徑 10dm2405d 齒頂圓直徑 a11(')(32)*96aahzm????2541d 齒全高 h(')(0.2)*36.75ahcm 齒厚 S/4.1SP? 齒根高 3.75fh 齒頂高 a 齒根高直徑 fd1283ffdhm?? 29ff 5.齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小齒輪采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，大齒輪采用鍛造毛坯的腹板式結(jié)構(gòu) 4.4.聯(lián)軸器的選擇 ,考慮到轉(zhuǎn)矩變化小，故2caTK?2.3aK? 1.*1850.6caTNm? 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 21 2.3*945.7821.3caTKNm?? 查手冊選用 YL10,YL13 型凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩分別為 400N.m,2500N.m 半聯(lián)軸器的孔徑分別為 ,半聯(lián)軸器長度1dm1L 半聯(lián)軸器長度290dm?23L 4.5.軸的設(shè)計(jì)及校核 1.軸的選材及許用應(yīng)力 材料為 45 號鋼,調(diào)質(zhì)處理 1175,60,360,280bsHBMpapaMpa?????? 2.按扭矩估算最小直徑 主動軸 ?332.79Pdcmn 若考慮鍵 選取標(biāo)準(zhǔn)直徑132.7*054.dm?135d? 從動軸 ?33.5.22 若考慮鍵 選取標(biāo)準(zhǔn)直徑1..916 4.5.1.從動軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)軸上零件的定位,固定和裝配 單級減速器中可以將齒輪安排在箱體中央,相對兩軸承對稱分布.齒輪左面由套筒 定位,右面由軸肩定位,聯(lián)接以平鍵作為過渡配合固定,兩軸承均以軸肩定位. 大齒輪結(jié)構(gòu)尺寸如圖 4-1 圖 4-1 大齒輪結(jié)構(gòu)尺寸 (2)確定軸各段直徑和長度 Ⅰ-Ⅱ段:為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求, Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩, 故取段的直徑 ,左端用軸端擋圈定位,查手冊表按軸端去擋圈直徑,106dm??? 半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 :,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上132L 而不壓在軸的端面上,故段的長度應(yīng)比略短,取 130Lm??? 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 初步選擇滾動軸承：因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用 ,故選用蛋列圓 錐滾子軸承,參照工作要求并根據(jù): .由文獻(xiàn)【11】選用 32022 型106dm??? 軸承，尺寸為 故 ， 10738dDT???d?Ⅲ Ⅳ Ⅵ Ⅶ 38Lm??Ⅵ Ⅶ 3>取安裝齒輪處的軸段Ⅳ-Ⅴ的直徑 , 已知齒輪輪轂的寬度為2?Ⅴ Ⅵ 90mm,為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪,此軸段應(yīng)略短與輪轂寬度,故取 ：齒輪右端采用軸肩定位,軸肩高度 ,取 ,則軸環(huán)86Lm??Ⅳ Ⅴ 0.7h?10 處的直徑dⅤ-Ⅵ=150，軸環(huán)寬度： ，即軸肩處軸徑小于軸承內(nèi)圈外徑,便16L? 于拆卸軸承. 軸承端蓋的總寬度為：20mm,?。?70mⅡ -Ⅲ 取齒輪距箱體內(nèi)壁距離為: , , 16a65IV? 至此,已初步確定了軸的各段直徑和長度. 4.5.2.主動軸的設(shè)計(jì) (1)軸上零件的定位,固定和裝配與從動軸一樣設(shè)計(jì)，主動軸的結(jié)構(gòu)尺寸如圖 4- 2 圖 4-2 主動軸的結(jié)構(gòu)尺寸 軸承選用的是圓錐滾子軸承 30211 型，尺寸為 55×100×22.75 規(guī)格 4.5.3.危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度校核 （1）從動軸的強(qiáng)度校核 圓周力 ??2 0*945.7860.520tTFNd 徑向力 an16.3rt N? 16Lm /25.HABtR? *1896CMM /4.7VrFN 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 23 */268.4VCAMRLNM? 扭矩 95.7T 圖 4-3 校核框圖 ???201.3CHVCMNM （а=0.6）?2()6eT 由表查的 1[]5pa?? ????3310.1047.8.[]*5ed m 考慮鍵槽 強(qiáng)度足夠547.8.2? （2）主動軸的強(qiáng)度校核 圓周力 ??1 20*1.4863.90tTFNd 徑向力 an7.rt N? 160Lm/2431.6HABtR? *95CMM /8VrFN 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 */270.8VCAMRLNM? 扭矩 1.5T ??2HVC （а=0.6 ）??2()4.1e 由表查的 1[]5Mpa?? ????331.005.46.[]*ed m