机械类设计毕业-同轴式二级圆柱齿轮减速器的设计、托板冲模毕业设计.docx

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1、毕业设计任务书2008 年3月1日无锡职业技术学院机电技术学院毕业设计题目设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器指导教师刘必柱职称高级工程师专业名称机电一体化技术班级机电50532学生姓名张本兆学号5020053241设计要求1 .完成资料翻译一份（3000字以上）2 .完成毕业设计调研报告一份3 .完成设计说明书一份4 .完成相关的图纸完成毕业课题 的计划安排序号内容时间安排1外文资料翻译2008.3.1 至相关资料完成调研 报告2008.3.6 至进行传动机构的设计及 电机的选择，完成图纸的 绘制。2008.3.15 至整理毕业设计说明书并 定稿，准备辩论2008.4.2

2、3 至辩论辩论提交资料外文资料翻译，毕业设计调研报告， 毕业设计说明书，相关图纸。计划辩论时间2008年3月1日过一些研究论文，在利用摆线齿轮作平动减速器开展了一些工作。二、平动齿轮 减速器工作原理简介,平动齿轮减速器是指一对齿轮传动中，一个齿轮在平动发 生器的驱动下作平面平行运动，通过齿廓间的啮合，驱动另一个齿轮作定轴减速 转动，实现减速传动的作用。平动发生器可采用平行四边形机构，或正弦机构或 十字滑块机构。本成果采用平行四边形机构作为平动发生器。平动发生器可以是 虚拟的采用平行四边形机构，也可以是实体的采用平行四边形机构。有实用价值 的平动齿轮机构为内啮合齿轮机构，因此又可以分为内齿轮作平

3、动运动和外齿轮 作平动运动两种情况。外平动齿轮减速机构，其内齿轮作平动运动，驱动外齿轮 并作减速转动输出。该机构亦称三环（齿轮）减速器。由于内齿轮作平动，两曲 柄中心设置在内齿轮的齿圈外部，故其尺寸不紧凑，不能解决体积较大的问题。？ 内平动齿轮减速，其外齿轮作平动运动，驱动内齿轮作减速转动输出。由于外齿 轮作平动，两曲柄中心能设置在外齿轮的齿圈内部，大大减少了机构整体尺寸。 由于内平动齿轮机构传动效率高、体积小、输入输出同轴线，故由广泛的应用前 景。？三、本工程的技术特点与关键技术？ 1.本工程的技术特点，本新型的内平 动齿轮减速器与国内外已有的齿轮减速器相比拟，有如下特点：（1）传动比范 围

4、大，自1=10起，最大可达几千。假设制作成大传动比的减速器，那么更显示出本 减速器的优点。（2）传递功率范围大：并可与电动机联成一体制造。（3）结构简 单、体积小、重量轻。比现有的齿轮减速器减少1/3左右。（4）机械效率高。啮 合效率大于95%,整机效率在85%以上，且减速器的效率将不随传动比的增大而 降低，这是别的许多减速器所不及的。（5）本减速器的输入轴和输出轴是在同 一轴线上。本减速器与其它减速器的性能比拟见表1。因缺少数据，表中所列的 各减速器的功率/重量比是最优越的。？表1?各类减速器比拟型号功率（kw）减 速比 质量（kg） QI-450? 93 31. 5 1820 ZSY-25

5、0? 95 31. 5 540 NGW-92 88. 1 31. 5 577 SEW（德国）？ 90 28.61 1300 NP-100? 100 30 400 注：NP-100 为内平动齿 轮减速器，SEW减速器的质量含电机。2.本工程的关键技术？由图2可知，内平 动齿轮减速器是由内齿轮Z2、外齿轮Z1和平行四边形机构组合而成的。它的 传动原理是：电机输入旋转运动，外齿轮作平行移动，其圆心的运动轨迹是一个 圆，与之啮合的内齿轮那么作定轴转动。因为外齿轮作平行移动，所以称谓平动齿 轮机构。齿轮的平行移动需要有辅助机构帮助实现的，可采用（612副）销轴、 滚子作为虚拟辅助平动机构，也可以采用偏心

6、轴作为实体辅助平动机构。内平动 齿轮减速器的关键技术和关键工艺是组成平行四边形构件的尺寸计算及其要求 的加工精度、轮齿主要参数的选择。这些因数都将影响传动的能力和传动的质量。 总的说，组本钱减速器的各零部件都要求有较高的精度，它们将决定着减速器的 整体传动质量。3.本工程的概况本工程已获得中国实用新型专利，专利号： ZL95227767. 0?。？本工程自1995年试制出第一台样机（功率2. 5kW,传动比1=32） 后，陆续与一些厂矿合作，设计了下面几种不同功率、不同传动比的减速器。（1） 电动推拉门用减速器，功率550肌传动比1=26,与电机连成一体。（2）搅拌机 用减速器，功率370W,

7、传动比1=17。（3）某军品用的两种减速器，一种功率370W, 传动比1=23. 5；另一种功率370W,传动比1=103的二级传动减速器。（4）钢厂 大包回转台减速器，功率7. 5kw,传动比1=64。（5）钢厂辐道减速器，功率7. 5kw, 传动1=11。在本专利的基础上，已研制出一种新型超大型减速器，功率可达 lOOOkw,目前正在研制超小型（外型尺寸为毫米级）的微型减速器。2.市场需求 分析1.市场需求前景？同平动齿轮减速器由于体积小，重量轻, 传动效率高，将会节省可观的原料和能源。因此，本减速器是一种节能型的机械 传动装置，也是减速器的换代产品。？本减速器可广泛应用于机械，冶金、矿山

8、、 建筑、航空、军事等领域。特别在需要较大减速比和较大功率的各种传动中有巨 大的市场和应用价值。2.社会经济效益?现有的各类减速器多存在着消耗材料和 能源较多，对于大传动比的减速器，该问题更为突出。而本新型减速器具有独特 的优点。由于减速装置在各部门中使用广泛，因此，人们都十分重视研究这个基 础部件。不管在减小体积、减轻重量、提高效率、改善工艺、延长使用寿命和提 高承载能力以及降低本钱等等方面，有所改进的话，都将会促进资源（包括人力、 材料和动力）的节省。可以预见，本新型减速器在国内外市场中的潜力是很大 的，特别是我国超大型减速器（如水泥生产行业，冶金，矿山行业都需要超大型 减速器）大多依靠进

9、口，而本减速器的一个巨大优势就是可以做超大型的减速器,完全可以填补国内市场的空白，并将具有较大的经济效益和社会效益毕业设计任务书题目：设计一用于带式运输机传动装置中的同轴式二级圆柱齿轮减速器一.传动装置总体设计：1 .组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。2 .特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴 有较大的刚度。3 .确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。 其传动方案如下：1 电动机；2联轴器；3齿轮减速器；4一带式运输机；5一鼓轮；6联轴工作情况：载荷平稳、单向旋转原始数据鼓轮的扭矩T (N m)： 850鼓轮的直径D (mm)： 35

10、0运输带速度V (m/s)： 0.7 带速允许偏差()： 5使用年限（年）:5工作制度（班/日）：2一. 设计内容.电动机的选择与运动参数计算；1 .斜齿轮传动设计计算.轴的设计2 .滚动轴承的选择.键和连轴器的选择与校核；3 .装配图、零件图的绘制.设计计算说明书的编写二. 设计任务.减速器总装配图一张1 .齿轮、轴零件图各一张.设计说明书一份三. 设计进度第一阶段：总体计算和传动件参数计算第二阶段：轴与轴系零件的设计第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写传动方案的拟定及说明由题目所知传动机构类型为：同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本

11、传动 机构进行分析论证。本传动机构的特点是：减速器横向尺寸较小，两大吃论浸油深度可以大致相 同。结构较复杂，轴向尺寸大，中间轴较长、刚度差，中间轴承润滑较困难。电动机的选择.电动机类型和结构的选择因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y (IP44)系列的电动机。1 .电动机容量的选择0 KW工作机所需功率PwFVPv =KWw 1000Pw = 3.4kW电动机的输出功率所以1000% KW由电动机到运输带的传动总功率为、=1关11%承口31联11轴承=().9。4Pd=3.76kW3.电动机转速的选择nd= (iT i2in) nw初选为同步转速为lOOOr/mi

12、n的电动机方案电动机型 号额定功率KW同步转速 r/min额定转速 r/min重量N总传动比1Y112M-2415001440470125.652Y132M1-64100096073083.773Y160M1-84750720118062.834.电动机型号确实定由(机械设计基础课程设计指导书pU9)查出电动机型号为Y132Ml-6淇额定 功率为4kW,满载转速960r7min。基本符合题目所需的要求。其参数如下：中心高H外形尺寸L* （AC/2+AD）*HD底脚安装尺寸A*B地脚螺栓 孔直径K拉伸尺寸D*E装键部 位尺寸 F*GD132515*345*315216*1781238*8010*

13、41计算传动装置的运动和动力参数传动装置的总传动比及其分配1 .计算总传动比由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总 传动比为：i = nm/nwnw = 38.4i = 2514.合理分配各级传动比由于减速箱是同轴式布置，所以il=i2。因为 i=25.14,取 i=25, il=i2=5速度偏差为0.5% 250500时，n- 66轴承旁联结螺栓直径4dl = 0J5dfM14盖与座联结螺栓直径d,乙d?= (0.5- 0.6) dfMIO轴承端盖螺钉直径d3“3= (0.4 0.5) df10视孔盖螺钉直径d4（0.3-0.4） d8定位销直径dd= （0.7-

14、0.8） “28%, 4, 12至外箱壁的 距离G查手册表11-2342218%,乙至凸缘边缘距离G查手册表1122816外箱壁至轴承端面距离h4 =G +。2+ （510）50大齿轮顶圆与内箱壁距离D.D|1.2d15齿轮端面与内箱壁距离d2D?d10箱盖，箱座肋厚mx.mmy 换0.854,根 0.85dmi= g m = g轴承端盖外径D2轴承孔直径+(55.5) d3120 （I 轴）112 （II 轴）175 （in 轴）轴承旁联结螺栓距离sS d2120 （I 轴）112 （II 轴）175 （in 轴）轴的设计计算拟定输入轴齿轮为右旋II轴：1 .初步确定轴的最小直径4 3团一”

15、3/3.84 d 三 A()、 126 J=34.2mm，N V 1922 .求作用在齿轮上的受力2TFtl =二899N dFH =Ft 吧 =337NcosBFal=Fttan B =223N；Ft2=4494NFr2=1685NFa2=1115N.轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案I II inrvvi v(i vini. I-II段轴用于安装轴承30307,故取直径为35mm。ii. II-III段轴肩用于固定轴承，查手册得到直径为44mmoIILIV段为小齿轮，外径90mmoiii. IV-V段分隔两齿轮，直径为55mm。iv. V-VI段安装大齿轮，直径为40mmoVLVIII

16、段安装套筒和轴承，直径为35mm。2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。1. n-ni段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙12mm,轴承和箱体的 间隙4mm,所以长度为16mm。2. ni-IV段为小齿轮，长度就等于小齿轮宽度90mm。3. IV-V段用于隔开两个齿轮，长度为120mm。4. V-VI段用于安装大齿轮，长度略小于齿轮的宽度，为83mmoVI-VIII 长度为 44mm。4 .求轴上的载荷6666207.563.5Frl = 1418.5NFr2=603.5N查得轴承30307的Y值为1.6Fdl=443NFd2=189

17、N因为两个齿轮旋向都是左旋。故:Fal=638NFa2=189NL 丁T 5 .精确校核轴的疲劳强度判断危险截面由于截面IV处受的载荷较大，直径较小，所以判断为危险截面截面IV右侧的M% =i = 17.5MPa b W截面上的转切应力为% =三=l.(AMPaTb TmTb Tm= 7.99MPa由于轴选用40cr,调质处理，所以(jR = 735 MPa , cr = 386 MPa , r . = 260A/P。n1I综合系数的计算r 2由%S厂于。45经直线插入，知道因轴肩而形成的理论应力集中为- 2.23 , aT =1.81 ,轴的材料敏感系数为% =0.85 , qT = 0.8

18、7 , 故有效应力集中系数为心=1 + 夕乂。-1) = 2.05kT =1 + /( -1) = 1.70查得尺寸系数为% =0.72,扭转尺寸系数为2=0.76,轴采用磨削加工，外表质量系数为尸=0.92 ,轴外表未经强化处理，即4轴外表未经强化处理，即4,那么综合系数值为篇二 + -L 1 = 2.93Kt = + -1 = 2.11J 4a)碳钢系数确实定碳钢的特性系数取为b =0.1,匕=0.05b)平安系数的计算轴的疲劳平安系数为= 6.92Sr = s= / b -= 6.661.5 = SSr = s= / b -= 6.661.5 = S: 24.66K-+居故轴的选用平安。

19、I轴:1 .作用在齿轮上的力FH1=FH2=337/2=168.5Fvl =Fv2=889/2=444.5.初步确定轴的最小直径二17.9 mm.轴的结构设计1）确定轴上零件的装配方案2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a）由于联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段 直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为25mm。b）考虑到联轴器的轴向定位可靠，定位轴肩高度应达2.5mm, 所以该段直径选为30。c）该段轴要安装轴承，考虑到轴肩要有2mm的圆角，那么轴承选 用30207型，即该段直径定为35mm。d）该段轴要安装齿轮,考虑到轴肩要有2mm的圆角，经标准化, 定为40mm

20、 oe）为了齿轮轴向定位可靠，定位轴肩高度应达5mm,所以该段 直径选为46mm of）轴肩固定轴承，直径为42mm。g）该段轴要安装轴承，直径定为35mm。h）各段长度确实定各段长度确实定从左到右分述如下：a）该段轴安装轴承和挡油盘，轴承宽18.25mm,该段长度定为 18.25mm。b）该段为轴环，宽度不小于7mm,定为11mm。c）该段安装齿轮，要求长度要比轮毂短2mm,齿轮宽为90mm, 定为88mmod）该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体 内壁距离取4mm （采用油润滑），轴承宽18.25mm,定为 41.25mm。e）该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、

21、端盖厚度及联 轴器安装尺寸，定为57mm。f）该段由联轴器孔长决定为42mm4.按弯扭合成应力校核轴的强度W=62748N.mmT=39400N.mm45钢的强度极限为b = 275MRz ,又由于轴受的载荷为脉动的，所以 a 0.6 o= 43MPaap= 43MPaapIII轴.作用在齿轮上的力FH1 =FH2=4494/2=2247NFvl=Fv2=1685/2=842.5N.初步确定轴的最小直径=51.4mm=51.4mm1 .轴的结构设计1) 轴上零件的装配方案2)据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度LIIILIVIV-VV-VIVI-VIIVILVIII直径60707587797

22、0长度105113.758399.533.255 .求轴上的载荷Mm=316767N.mmT=925200N.mm.弯扭校合W = o.w3 = 0.1x603 = 21600m/7?= 巾 3 = 5 2MPa % ,所以轴向力为心=223, FaB =52.75）当量载荷由于. = 1.32 e, 3 = 0.31 24000/1人60勺PAII轴：2、 轴承30307的校核1）径向力=1418.5NFrh = J 片2 + %=603.5N2）派生力FdA= = 443N , FdB =- = lS9NdA 2y2Y轮）减速器，是一种外平动齿轮传动的减速器，它可实现较大的传动比，传递载

23、荷的能力也大。它的体积和重量都比定轴齿轮减速器轻，结构简单，效率亦高。 由于该减速器的三轴平行结构，故使功率/体积（或重量）比值仍小。且其输入 轴与输出轴不在同一轴线上，这在使用上有许多不便。北京理工大学研制成功的 内平动齿轮减速器不仅具有三环减速器的优点外，还有着大的功率/重量（或 体积）比值，以及输入轴和输出轴在同一轴线上的优点，处于国内领先地位。减 速器的种类一般的减速器有斜齿轮减速器（包括平行轴斜齿轮减速器、蜗轮减速器、锥 齿轮减速器等等）、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星 摩擦式机械无级变速机等等。常见减速器的种类1）蜗轮蜗杆减速器的主要特点是具有反向自锁功能，可

24、以有较大的减速比, 输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动 效率不高，精度不高。2）谐波减速器的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动 力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件 相比拟差。输入转速不能太高。3）行星减速器其优点是结构比拟紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命 很长，额定输出扭矩可以做的很大。但价格略贵。通过这次对减速器由了比拟深刻的了解，对其结构以及工作原理有了充分的 认识，减速器的作用：1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意 不能超出减速器额定扭矩。2）速同时降低了负载的惯量，

25、惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一 下一般电机都有一个惯量数值。本设计是利用各级齿轮传动来到达降速的目的.减速器就是由各级齿轮副组 成的.比方用小齿轮带动大齿轮就能到达一定的减速的目的，再采用多级这样的结 构，就可以大大降低转速了.，当中还有很多地方缺乏，比方齿轮和轴的磨损怎么 样可以降低，延长使用寿命等等，但还是有实际意义的。在此特别对刘必柱老师（高级工程师）表示衷心的感谢，谢谢对我们的帮助, 使设计能够延着良性开展，没有偏离轨道。 分类号3）轴向力由于 Fax + FdB = 892 +189 = 1081 N % ,所以轴向力为滔=638N, F必=189N4）当量载荷由于1= 0.

26、45 e, 2= o.3i24000/z卜60勺PAIll 轴:3、 轴承32214的校核1）径向力工J % + & = 842.5N% =2 + 抬=842.52V2）派生力=& = 294.67V， Fd8 = 294.67VdA 2Y2Y3）轴向力由于bn +也=294.6 + 1115 = 1409.6N F（/A所以轴向力为=1115 N, ,b=294.6N4）当量载荷由于& = 1.32 e, 区= o.34 24000/z人 60/ PA键连接的选择及校核计算代号直径（m m）工作长 度(mm)工作高 度(mm)转矩（N m）极限应 力(MPa)高 速轴8 X 7 X60 （单

27、头）25353.539.826.012 X 8X80 （单头）4068439.87.32中 间轴12 X 8X70 （单头）4058419141.2低 速轴20 X 12X80 （单头）75606925.268.518 X 11X 110 （单 头）601075.5925.252.4由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力为6 = 110MRz,根据 挤压强度条件，键的校核，上述键皆平安。连轴器的选择由于弹性联轴器优点：-高刚性。良好的柔性。,同步运转，无齿隙。 高强度铝合金，低惯量。 保养容易，无需润滑油及其它维修服务。 两种紧固方法：夹紧和螺钉紧固所以考虑选用它。二、高速轴用联轴器的设

28、计计算由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为Ka =1.5, 计算转矩为%=Kn = 1.5 x 39.8 = 59.72V所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4 (GB4323-84),但由于联轴器一端与 电动机相连，其孔径受电动机外伸轴径限制，所以选用TL5 (GB4323-84)其主要参数如下：材料HT200公称转矩7； =T25Nm轴孔直径 & = 38mm , d2 = 25mm轴孔长 L = S2mm, Lx = 60mm装配尺寸A 45mm半联轴器厚b = 38帆帆(GB4323-84)三、第二个联轴器的设计计算由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为Ka

29、 =1.5, 计算转矩为 Tca = KAT3 =1.5x925.2 = 1387 8N m所以选用弹性柱销联轴器TL10 (GB4323-84)其主要参数如下：材料HT200公称转矩7； =2Q00N-m轴孔直径= d2 = 63 mm轴孔长 L = 142mm, L, = 107 mm装配尺寸A = 80mm半联轴器厚b = 58mm(GB4323-84)减速器附件的设计十一 .减速器的各部位附属零件的设计.窥视孔盖与窥视孔：在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔，大小只要够手伸进操 作可以便检查齿面接触斑点和齿侧间隙,了解啮合情况.润滑油也由此注入机体 内.放油螺塞放油孔的位置设在

30、油池最低处，并安排在不与其它部件靠近的一侧，以便于 放油，放油孔用螺塞堵住并加封油圈以加强密封，选用外六角油塞及垫片M16 X1.5o油标油标用来检查油面高度，以保证有正常的油量.因此要安装于便于观察油面 及油面稳定之处即低速级传动件附近；用带有螺纹局部的油尺，油尺上的油面刻 度线应按传动件浸入深度确定。可选用游标尺M16。通气器减速器运转时，由于摩擦发热，机体内温度升高，气压增大，导致润滑 油从缝隙向外渗漏，所以在机盖顶部或窥视孔上装通气器，使机体内热空气自由 逸处，保证机体内外压力均衡，提高机体有缝隙处的密封性，通气器用带空螺钉 制成.由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M18X1.

31、5启盖螺钉为了便于启盖，在机盖侧边的边缘上装一至二个启盖螺钉。在启盖时，可先 拧动此螺钉顶起机盖；螺钉上的长度要大于凸缘厚度，钉杆端部要做成圆柱形伙 半圆形，以免顶坏螺纹；螺钉直径与凸缘连接螺栓相同。在轴承端盖上也可以安装取盖螺钉，便于拆卸端盖.对于需作轴向调整的套环, 装上二个螺钉，便于调整.定位销为了保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联接凸缘的长度 方向两端各安置一个圆锥定位销。两销相距尽量远些，以提高定位精度。如机体 是对称的，销孔位置不应对称布置.环首螺钉、吊环和吊钩为了拆卸及搬运，应在机盖上装有环首螺钉或铸出吊钩、吊环，并在机 座上铸出吊钩。调整垫片用于调整轴承间隙,有的起到调整传动零件轴向位置的作用.密封装置在伸出轴与端盖之间有间隙，必须安装密封件,以防止漏油和污物进入机体 内.润滑与密封一、 齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度为,所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径, 取为35mm o齿轮油的选择齿轮油用于润滑齿轮传动装置，由于齿轮传动装置的类型，工作 条件不同，对齿轮油有不同的要求。齿轮油通常可分为车辆齿轮油和工业齿轮油 两大类，车辆齿轮油主要用于各种车辆的变速箱、驱动桥传动齿轮的润滑；工业 齿轮油主要用于冶金、矿山、水泥和