机械设计制造及其自动化-三级圆锥圆柱齿轮减速器设计.doc

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1、 学科分类号：460.20 本科毕业设计（论文）三级圆锥圆柱齿轮减速器设计题 目： 三级圆锥圆柱齿轮减速器设计院 （系）： 工业自动化系专 业 年 级：机械6班学 生 姓 名： 李树斌学 号： 1512401706041指 导 教 师：黎志勇2019年5月毕业设计（论文）诚信声明本人郑重声明：呈交的学位论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承

2、担。毕业设计（论文）作者签名： 日期： 摘 要减速器是一种动力传达装置，其组成零件包含轴承、轴、齿轮、蜗杆和钢条等。通常使用在电动设备马达和内燃机中，用于改变转速和输出需要的转矩，从而达到人类实际生活的要求。减速器有较多良好特性（传动效率高是重要原因），并且使用过程保养维护简单，因而在轻工业，重工业发展中起到重要作用。减速器种类较多，同时又各有千秋，其传动级数可划分为一、二、三、四级等，传动类型有齿轮传动，蜗杆传动，行星齿轮传动；齿轮形状有（直齿和斜齿）圆柱齿轮，锥齿轮，圆锥-圆柱齿轮；传动布置形式可分为展开式，同轴式和分流式。本次毕业设计探讨的就是有关三级圆锥圆柱齿轮减速器的设计。在设计中，

3、通过查阅相关机械资料，应先了解齿轮减速器的工作原理，工作方式，进而选择合理的齿轮传动方案，传动比分配，电机选型，然后初步绘制工程图纸进行零件的三维造型设计，最终确定减速器各个参数，在满足加工制造工艺的基础上得到减速器的装配图和各个零件图。关键词： 齿轮减速器，传动比，三维造型，装配图AbstractReducer is a kind of power transmission device, which is composed of various bearings, shafts, gears, worm and steel bars and other parts. Usually use

4、d in electric equipment motors and internal combustion engines, used to change the speed and output required torque, so as to meet the requirements of real life. Reducer has more good characteristics (high transmission efficiency is an important reason), and the use of simple maintenance process, so

5、 in the light industry, heavy industry plays an important role in the development.There are many types of reducer, and each has its own merits, the transmission series can be divided into one, two, three, four, and so on, the transmission type of gear drive, worm drive, planetary gear drive; Gear sh

6、apes are (straight teeth and helical teeth) cylindrical gear, bevel gear, cone-cylindrical gear; Transmission layout can be divided into expansion, coaxial and shunt.This graduation project explores the design of a three-stage conical cylindrical gear reducer. In the design, by consulting the releva

7、nt mechanical data, we should first understand the working principle and working mode of the gear reducer, and then choose a reasonable gear transmission scheme, transmission ratio distribution, motor selection, and then draw the engineering drawings to carry out the three-dimensional design of the

8、parts. Finally, the various parameters of the reducer are determined, and the assembly drawing of the reducer and the various parts drawings are obtained on the basis of satisfying the processing and manufacturing process.Keywords:Gear reducer, transmission ratio, three-dimensional shape, assembly d

9、rawing目 录1 绪论11.1课题背景和研究意义11.2 减速器的发展现状与趋势22 传动装置总体设计22.1 设计内容与要求32.2 确定传动方案42.3 电动机的选择42.4 分配各级传动比52.5 传动系统的运动和动力参数计算52.5.1 各轴的转速52.5.2 各轴输入功率52.5.3 各轴输入转矩63 轴的设计和计算73.1 轴的设计与计算73.2 轴的设计与计算103.3 轴的设计与计算133.4 轴的设计与计算154 齿轮设计计算194.1 齿轮材质选择与加工工艺194.2 高速轴齿轮的设计194.2.1 参数的设计计算204.2.2 疲劳强度的计算校核204.3 第二级传动

10、齿轮设计214.3.1 参数的设计计算214.3.2 疲劳强度的计算校核224.4 第三级传动齿轮设计234.4.1 参数的设计计算234.4.2 疲劳强度的计算校核255 滚动轴承的校核265.1 轴承的选择265.2 轴承的选择265.3 轴承的选择265.4 轴承的选择276 箱体的设计计算286.1 箱体的设计287减速器的润滑方式设计选择297.1 润滑方式的选择307.2 润滑剂和润滑油的选取31小结32致谢33参考文献3411 绪论1.1 课题背景及研究意义减速器种类繁多，应用广泛，市场规模巨大。大部分企业侧重于生产制造用于中下游行业的通用型减速器，其中的三级圆柱圆锥齿轮减速机作

11、为一种常见的减速机，具有广泛的代表性。我们可以通过对此类型的减速机的设计与研究发现本质问题，并且可以逐步的了解减速机的内部结构以及原理，对减速机行业的发展起一定的积极作用。同时通过运用我们所学的机械专业知识对减速器设计开发，灵活运用书本知识，可以锻炼设计者的设计思想，强化机械设计理念，为今后的发展和工作打造一个合格的设计师。1.2 减速器的发展现状在国内，减速机已有40多年的发展历史，所以它已经深入到中国各行业中，农业，军工业，航天业等都业减速器存在的影子。像德国和日本要比我们领先好几十年，工艺技术和材料的使用上是最大的问题。像机械效率过低、大型减速机使用寿命等问题还是远不及国外。每年向他国购

12、买减速器的金钱也是花费巨大。所以我国目前减速器的发展还是有较好的空间。目前我国减速器行业已形成了种类齐全，下游企业自给自足的独特体系，为国民经济发展提供持续不断的动力。中小型企业是目前我国的现状，其制造门相对槛低，产品质量得不到保证，但竞争依然。中小企业利润率下滑，行业整合速度加快，大型减速机企业的市场占有率不断提升。因此，我们应更加注重研发设计的投入，在产品设计，工艺水平，质量管控等方面加大力量，来应对不断增长的市场需求。相比于我国，国外的减速器发展历史更加久远，机械零件加工工艺更加成熟，产品集中度更高，品牌效应更加突出。以美国的公司派克公司为代表，公司于1918年创立，公司文化已经拥有10

13、0年，能为各减速器生产商供应各类气动产品、电动产品、液压件、密封件及一切的液压附件。还有世界上最大的传动部件缔造企业-德国的ZF公司以及世界上最大变量液压元件缔造企业-德国的博力士乐公司，均有有200多年的历史。他们已拥有成熟的技术，生产的产品性能优良，完全能够满足各种机械传动件的需求，几乎垄断了大中型高性能减速器配件的市场供应。作为工业动力传动不可缺少的重要基础部件之一，在目前的经济发展战略中减速器会发挥出更重要的功能。企业为了降低生产成本，提高企业利益，以后大量的自动化生产线进入市场，随之而来的就是大量的减速器需求，这些为减速器的蓬勃发展注入了新的动力。工业自动化的发展趋势更加需求的是减速

14、器质量的过关，在此背景下，减速机制造企业将加强质量控制，推进新产品开发和升级换代，引进新时代的设备，提高零部件的加工精度，适应客户对产品质量要求不断提高的趋势。与此同时销售业务也是要更加重视，拥有优秀的服务才将拥有广大的消费群体，客户是上帝不只是一句口号。可以预估，未来减速机发展趋势如下： 采用高质量要求的加工材料，普遍采用渗碳淬火圆柱齿轮和更先进的加工工艺，降低产品噪音，减轻重量，缩小体积、提高传动效率稳定性和寿命。 组合设计的减速器。产品基本参数采用优先级，整体尺寸规格划一，有着很强的产品互换性，更多趋向于大批量的生产以降低成本。 产品多样化，设计新颖，向着环保型减速机蓬勃发展 2 传动装

15、置总体设计2.1 设计任务和要求本次毕业设计研究的对象是三级圆锥圆柱齿轮减速器，课题来源于工程实践。旨在通过此次设计任务，使得学生动手动脑和应对工作的能力。要求学生在指导老师的指导帮助下独立做好设计减速器的任务，学生先查阅大量有关减速器的文献、了解其目前的研究进展，完成以下内容：了解国内制造与装配减速器的工艺；查找设计国产同类型减速器；用三维制图软件Solidworks完成减速器结构设计方案的三维及二维图纸； 制定减速器的安装、调试、使用及维护保养的技术文件；通过查询相关机械资料可知，国产的三级圆柱圆锥齿轮减速器是ZSY系列减速机，选ZSY280-25-108为参照机型。其低速级中心距为280

16、mm，总传动比为25，输出功率为108Kw。三级减速器是斜齿圆柱齿轮传动，初定减速器为三级展开式圆柱齿轮减速器，其基本参数如下表所示：名称材料齿数齿宽模数mn螺旋角分度圆直径齿轮轴45#25100mm413102.63mm齿轮20CrMnTi68100mm413279.15mm齿轮轴45#25130mm413102.63mm齿轮20CrMnTi88120mm413361.26mm齿轮轴45#25148mm613154mm齿轮20CrMnTi66138mm613406mm表2-1 2.2 确定传动方案设计传动装置的首要任务是确定传动方案，选择电动机和分配传动比，合适可行的传动方案可以更大的确保其

17、性能，提高减速器的效益，达到设计的要求。本次设计的机构简图如下图所示：图2-12.3 电动机的选择额定功率是衡量标准电动机的容量，要求电动机的额定功率要大于或等于所需工作机额定要求的功率。所以工作机要求的电动机功率为：表示工作机要求的电动机输出功率，单位为Kw；表示电动机至工作机之间传动装置的总效率；表示工作机所需输入功率，单位为Kw。齿式联轴器传动效率 圆柱斜齿轮齿轮传动效率 滚子轴承 则 =0.990.980.980.980.980.980.980.980.99=0.851108/0.851Kw=126.91 Kw查机械设计手册选用YS6324型电动机，额定功率为180Kw，满载转速达到1

18、400 r/min。2.4 各级传动比的分配减速器总传动比公式为，其中i25，依据传动比分配原则，设=2.5，=3.5，=2.8。2.5 传动系统的运动和动力参数计算2.5.1 各轴的转速电动机轴 减速箱输入轴 高速轴 低速轴 2.5.2 各轴输入功率式中的P ，P， P， P分别为相对应轴的功率。2.5.3 各轴的输入转矩扭矩公式 其中 对应轴的转矩。3轴的设计3.1 轴的设计采用45号钢材作为轴材料，渗碳淬火为热处理方法。轴径计算公式查阅相关资料得C值取112计算得根据实际加工情况取初步计算轴的直径轴上转矩 轴的结构简图如下图所示：图3-1d= d+2=55 mm, d= d+10=65

19、mm,;根据机械设计手册的查询结果，选取内径d=55 mm，外径D=120mm的30311型号单列圆锥滚子轴承。下图为其受力分析图3-2轴的校核； 图3-3水平应力和垂直应力计算197.87979.18408.900180.531061.1995.7弯矩=1175 ,其中， 8, 取=15机盖壁厚10.02a+5=10.68, 取=15机座凸缘厚bb=1.515=22.5mm机盖凸缘厚b1b1 = 1.514=21mm机座底凸缘厚b2b2=2.515=37.5mm 取b2=50地脚螺钉直径dfd=0.047a+8=21.16,取d=28mm地脚螺钉数目n8轴承旁联接螺栓直径d10.75 df=

20、0.7528=21 取20机盖与机座联接螺栓直径d20.6df=16.8,取d=20联接螺栓d2的间距l150200,取150轴承端盖螺钉直径d3M10、M12 、M14窥视孔盖螺钉直径d4M8df d2至凸缘边缘距离c1查表得C1min=22mm外机壁至轴承座端面距离hC+C+8=80mm齿轮端面与箱内壁距离，取距离为12mm表6-1 7 减速器润滑方式及润滑剂的选择软齿面减速器或硬齿面减速器市场上见的较多减速器。在负载工作时,减速器应该保证有足够的功率来满足减速器工作的环境,所以合理选择减速器的润滑剂和润滑脂可以提高机械传动效率降低机械和热功率损耗,此时润滑方式显得十分重要。良好的润滑不仅

21、有助于各传动零件工作时的散热和降温,还对其寿命产生具足轻重的影响。因此,润滑作为减速器设计的一个关键环节至关重要。7.1 减速器的润滑方式目前，国外减速器的润滑方式有4种：浸油润滑、喷油润滑、油雾润滑、和定期注油或脂润滑。浸油润滑:油浸润滑是指齿轮本身浸入油中通过特殊的飞溅盘,油轮或抽油杆向其他部件上油。该方法用于润滑高速和低速齿轮对。此时,油面的位置应使得齿轮对的大齿轮浸入油中直径的1/3至1/4。通常情况下,小齿轮由较大的齿轮上油并润滑的同时轴承也得以飞溅油的润滑。当传动部件的速度非常高时,该方法允许不同水平的传动部件得到良好的润滑。在减速器轴同一水平面上的情况下润滑效果最佳。喷油润滑:喷

22、油润滑常用于传动件差别过大的工况中。它由特殊的油泵供应。吸入管的位置应使得当油位处于最低允许水平时,它总是可以浸入油中。这样不仅避免油的损失,并且润滑油在循环利用后可以直接引入轴承。油量计算即为热能出引量,方便管理。变速箱可以用作燃料箱可以实现多装置供油。油雾润滑：将雾化的齿轮油使用低压设备进行喷射，油雾可以被送到闭合的齿轮箱，并且内部部件可以被润滑。这种方法的优缺点明显，优点是是各密封件不易磨损，缺点是油不易消散，不适合重载和高速的减速器中。定期注油或脂润滑：在一定的时间或一定的工作量后进行人工注入，多使用简单的注油枪。通常使用于润滑转速要求不高，载荷要求不很大，散热要求不高的轴承等情况中。

23、7.2润滑剂和润滑油的选取润滑剂和润滑油应优选在足够粘度的条件下为润滑剂。因为润滑剂可以非常快速地进入齿轮齿以减少摩擦。润滑脂仅用于低速应用，通常用于常见的开式驱动器或变速箱，主要用于部分或间歇操作。有一种情况是，当减速器垂直安装时，由于润滑油可以应用于高速和高温场合的特性，为了防止灰尘和碎屑的渗入，轴承磨损，并且我们可以尝试在安装密封件时涂抹一些润滑油。当使用的环境温度过高时，一些特殊的减速器通常也会使用喷油来润滑和冷却润滑剂。在多速变速器中，通常润滑脂和特殊润滑脂仅用于开式齿轮。据不同条件而定,对于不同强度的齿面接触应力,齿轮状态和工作条件,选择润滑剂的类型。润滑油主要通过物理吸附附着在牙

24、齿表面上,由于齿面压力和温度不能达到物理吸附,从而添加润滑油到齿轮和齿轮轴上提供润滑。中型和重型极压工业齿轮油,除了增加抗氧化剂防锈剂外,还添加一种化学反应性添加剂通常是硫磷组合物的化学物质。一方面,沉积添加剂的分子并形成保护层。另一方面,添加剂在高压和高接触温度下发生化学反应,在齿廓上形成金属化合物,从而减少了金属的直接接触。它具有摩擦系数小和抗载荷能力强等优点。除了依据应力计算选择润滑剂之外,还可以根据所用齿轮的类型选择润滑剂。一般齿面应力小于RH =350MPa的软齿面减速器,可选抗氧化防锈工业齿轮油。中硬齿面减速机齿轮硬度的情况下优先选中载极压工业齿轮油。对于具有硬齿面减速机齿面应力的

25、齿轮减速机,可以使用重型极压工业齿轮油。表面应力MPa使用状况使用工艺推荐使用工业齿轮油一般齿轮传动抗氧防锈工业齿轮油低负荷齿轮3505001.调质处理，啮合等级8级2.每级齿数比8最大滑动速度与节圈线速度之比50075075011001.调质处理，啮合精度2. 最大滑动速度与节圈线速度之比0.13矿井提升机，化工机械，水利电力机械冶金矿山机械等的齿轮传动中负荷极压工业齿轮油重负荷齿轮1100冶金轧钢，井下采煤，高温有冲击等部位齿轮传动重负荷极压工业齿轮油表7-1小结大学四年匆匆过，转眼到了毕业季。此时，毕业设计成了每一个即将毕业的大学生的一个小小坎，同时他又是为大学生迈进社会所铺的一座桥梁。

26、本次设计的题目是减速器的工艺分析与夹具设计。刚开始时，感觉无从下手，我经常请教指导老师，在老师的帮助下我学会了机械设计软件CAD和Solidworks，最终完成了课程设计和图纸绘制的工作任务。这次设计虽然完成的相对较快，但我还是觉得有些不足，考虑的方面不够全面，也认识了自己的不足，接下来会在日常生活中努力改正，巩固基础。短短的毕设期间， 我渐渐发现明白了结构设计并不如想象中那么容易，在设计时总会有具体尺寸细节把握不好，实际的生活经验太少以至于自己走了许多的弯路，经历了一次一次不断的的修改自己的数据和参数，我逐渐明白了作为一个设计人员不但要有很好的全局观，细节也是必不可少的一部分，凡事要考虑周全

27、才不至于出现大的差错。不仅如此，由于自己设计计算某些数据时对自己要求过松从而导致的一些看似小而不起眼的错误，却让我后期花了大量的时间和精力去修订改正，后悔莫及。总体来说，这次毕设让我深刻认识到：在机械设计的道路上，唯有时刻处以严谨而科学的学习态度，才能让一个人走得更远更广。致谢毕业设计已接近尾声，算上前期的开题工作，共用了三个多月的时间，我才顺利的完成了毕业设计！在此次毕业设计期间，首先要感谢的是我的指导老师，因为在他的悉心指导与敦促下我才能够顺利的完成设计任务，同时让我也感受到了他谦逊的人格魅力;再此，我也要感谢我们的班主任及辅导我的老师们，他们就像我们的亲人一样给予我们各方面的指导与关怀；

28、其次，我要感谢的就是我的学长们，尤其机械绘图软件的使用方面，在我遇到许多难题的时候，因为他们不厌其烦的指导，才把许多难题得以解决；最后要感谢我周围的朋友和同学们，他们给了我无限的支持与动力，他们无时无刻无私的帮助让我记忆犹新。这个题目牵涉的知识是我所学专业的重点之一，它能让我把大学四年所学的知识综合运用起来，充分利用各种资源如我爱自学网以及图书馆等来设计。通过这次设计，我收获了如此多宝贵的知识，另外也要感谢本次设计运用的所有参考文献的作者和主编们，他们的参考给了我许多启示。最后还要感谢各位老师在百忙之中抽出宝贵时间来看我的毕业论文！谢谢！参考文献1濮良贵主编,机械设计.第七版,西安: 高等教育

29、出版社,2000.2吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，2009.3朱理.机械原理.北京：高等教育出版社，2008.4陈立德主编机械设计基础.第1版.高等教育出版社,2002.5.5西北工业大学,李育锡.机械设计课程设计【M】第二版.高等教育出版社,20146张世昌,李旦,张冠伟.机械制造技术基础【M】第三版.高等教育出版社,2014.7关慧贞.机械制造装备设计【M】第四版.机械工业出版社,2014.8江南大学， 郑修本.机械制造工艺学【M】第3版.机械工业出版社,2011.9孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理【M】第八版.高等教育出版社,2013.10孔璇,祝成峰,苏畅.

30、SolidWorks 2014案例教程【M】.上海交通大学出版社,2015.11濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计【M】第九版.高等教育出版社,2013.12关慧贞，徐文翼.机械制造装备设计课程设计指导书【M】.机械工业出版社，2013.13吴宗泽，等.机械设计课程设计手册【M】.第4版高等教育出版社，2012.14.闻邦椿.机械设计手册【M】.第五版.机械工业出版社.2010.15杨叔子.机械加工工艺师手册【M】.第二版.机械工业出版社，2011.16张宪民，陈忠.机械工程概论【M】.华中科技大学出版社，2011.17吴宗泽，冼建生.机械零件设计手册【M】第二版.机械工业出版社，2013. 18杨黎明, 林道澄等.机械原理及机械零件.第1版.北京:高等教育出版社,2003 . 19叶玉驹，焦永和，张彤.机械制图手册.北京：机械工业出版社，200820天津大学机械零件教研室.机械零件手册.北京：高等教育出版社，2001.21徐锦康.机械设计.北京：高等教育出版社，2007.22朱理.机械原理.北京：高等教育出版社,2007.3311