三级减速器设计 毕业设计.doc

常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系 别： 机电工程系 专 业： 数控专业 班 号： 数控102班 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 1004033225 设计（论文）题目： 三级减速器设计 指 导 教 师： 设 计 地 点：常州信息职业技术学院 起 迄 日 期： 2012.122013.04 毕业设计（论文）任务书专业 数控技术 班级 数控102 姓名 唐建军 一、课题名称： 三级减速器的设计 二、主要技术指标：1 选定减速器的类型和安装型式 2 确定各项工艺方法及参数 3 确定整体方案设计 三、工作内容和要求：1 了解国产减速器的制造工艺和装配工艺； 2 设计ZSY280-25-108Kw型减速器； 3 利用三维造型软件完成减速器结构设计方案的三维及二维图纸； 三、主要参考文献：1 吴彦农，康志军.Solidworks2005实践教程. 北京：机械工业出版社，2005 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 徐锦康.机械设计.北京：高等教育出版社，2008 5 文熙.Pro/ENGINER 野火版3.0宝典.北京：电子工业出版社，2007 6、周开勤主编.机械零件设计指导书M.哈尔滨： 哈尔滨工业大学出版社 2004 学 生（签名） 年 月 日指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日系 主 任（签名） 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目三级减速器的设计一、 选题的背景和意义：减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等.其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。减速机的作用主要有： 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机额定扭矩。 2）减速同时降低了负载的惯量，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。二、 课题研究的主要内容：本设计为三级减速器的设计及计算机辅助软件绘制。根据二维图纸建立三维模型，完成设计过程。本设计主要解决一下问题：1.确定原始数据和资料2.选定减速机的安装方式和类型3.初定各项工艺方法及参数4.确定传动级数5.确定几何参数6.整体方案7.校核8.润滑冷却计算9.确定减速机的附件10.绘制工程图11.画出三维图形12.通过三维生成二维图形，并加以修改三、 主要研究（设计）方法论述：根据设计零件不同的特点，可根据以下原则进行：1、上网查看相关的资料和图纸2、 到图书馆翻阅相关的书籍3、 运用 CADUG4.0辅助设计4、对相对比较复杂的零件，用两个甚至更多的设计说明进行分析比较，进行综合比较，择优而定；5、在所创建的二维或三维零件模型的基础上，对所设计的零件进行设计说明。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容2012.11.23-12.25实习，实地调研；收集资料，熟悉课题2013.1.1-1.10熟悉相关软件，进行初步的分析、计算，拟定初步设计2013.1.20-1.22完成毕业设计的开题报告2013.1.23-1.31计算机三维造型，生成二维工程图纸2013.2.1-2.4编写并通过主要计算设计，编制主要零件加工工艺2013.2.5-2.10通过对所绘制的零件进行分析2013.2.11-3.5撰写毕业设计说明书，完善相关图纸资料2013.3.19-3.22完成初稿，交给指导老师审阅2013.3.23-4.19完善初稿，使设计符合规范要求2013.4.20-4.22完成设计，最终定稿2013.5进行答辩五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日目 录1 绪论11.1 减速器的发展现状11.1.1 我国减速器的发展现状11.1.2 国外减速器的发展现状11.2 减速器的发展趋势21.3 本文研究对象及意义31.3.1 本文研究对象31.3.2 本文研究意义42 传动装置总体设计52.1 设计任务52.1.1 设计任务和要求52.1.2 原始数据52.2 确定传动方案52.3 选择电动机和传动比的分配52.3.1 确定电动机功率52.3.2 分配各级传动比62.4 传动系统的运动和动力参数计算62.4.1 各轴的转速62.4.2 各轴输入功率62.4.3 各轴输入转矩73 齿轮设计计算73.1 高速轴齿轮的设计73.1.1 主要参数73.1.2 按齿根弯曲疲劳强度设计73.1.3 校核齿面接触疲劳强度93.2 第二级传动齿轮设计103.2.1 主要参数103.2.2 按齿根弯曲疲劳强度设计103.2.3 校核齿面接触疲劳强度123.3 第三级传动齿轮设计133.3.1 主要参数133.3.2 按齿根弯曲疲劳强度设计133.3.3 校核齿面接触疲劳强度154 轴的设计164.1 轴的设计164.2 轴的设计194.3 轴的设计224.4 轴的设计255 滚动轴承的校核285.1 轴承校核285.2 轴承校核285.3 轴承校核285.4 轴承校核286 箱体的设计计算297 齿轮传动介绍和减速器工艺297.1 齿轮传动特点297.2 影响齿轮寿命的因素307.3 齿轮传动的实效形式317.3.1 齿轮传动出现不同实效形式的原因317.3.2 何为齿轮传动的实效317.3.3 齿轮传动的主要实效形式、造成的影响及预防措施317.4 漏水试验367.5 试车367.6 擦洗及涂漆377.7 减速器的搬动和起吊378 减速器的润滑方式及润滑剂的选择378.1 减速器的润滑方式378.2 润滑剂的选取398.3 润滑油的选取409 ZSY减速机齿轮计算机辅助设计419.1 SolidWorks功能简介419.2 运用计算机辅助设计软件SolidWorks展现减速机三维图42结论51致谢52参考文献53摘 要减速器是一种由封闭在箱体内的齿轮，蜗杆蜗轮等传动零件组成的传动装置，装在原动机和工作机之间用来改变轴的转速与转矩，以适应工作机需要。减速器结构紧凑，传动效率高，使用维护方便，因而在工业中应用广泛。减速器的结构随其类型和要求的不同而异，一般由齿轮，轴，轴承，箱体和附件等组成。对于即将毕业的学生来说，本次设计的最大成果就是：综合运用机械设计、机械制图、机械制造基础、金属材料与热处理、公差与技术测量、理论力学、材料力学、机械原理、计算机应用基础以及工艺、夹具等基础理论、工程技术和生产实践知识。掌握机械设计的一般程序、方法、设计规律、技术措施，并与生产实习相结合，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，具备了机械传动装置、简单机械的设计和制造的能力，还煅练了学生自觉学习软件的能力。关键词 减速器,设计,制造AbstractReducer is a kind of enclosed by in the cabinet, the worm worm gear transmission parts such as transmission device, the prime mover and work machine mounted on between shaft used to change speed and torque, to adapt work machine needs. Reducer compact structure, high transmission efficiency, use convenient maintenance, so widely used in industry. For graduating students, the biggest achievement of this design is: integrated use of mechanical design, mechanical drawing, mechanical manufacturing base, the metal material and heat treatment, tolerance and technology measurement, theoretical mechanics, mechanics of materials, mechanical principles, basic computer applications and technology, fixtures and other basic theory, practical knowledge of engineering and production. Zhangwo mechanical design of the general procedures, methods, design rules and technical measures, and production practice the combination of general engineering training to analyze and solve practical problems, have a mechanical transmission device, a simple mechanical design and manufacturing capabilities, also calcined practicing self-learning software.Key words: Design；Reducer；Manufacture1 绪论1.1 减速器的发展现状1.1.1 我国减速器的发展现状减速机在我国的发展已有近40年的历史，广泛应用于国民经济及国防工业的各个领域。产品已从最初单一的摆线减速机，发展到现在五大类产品，即摆线减速机、无级变速器、齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、电动滚筒。据初步统计，减速机用量比较大的行业主要有：电力机械、冶金机械、环保机械、电子电器、筑路机械、化工机械、食品机械、轻工机械、矿山机械、输送机械、建筑机械、建材机械、水泥机械、橡胶机械、水利机械、石油机械等，这些行业使用减速机产品的数量已占全国各行业使用减速机总数的60%70%。     “十五”期间，由于国家采取了积极的财政政策，拉动了内需，固定资产投资力度加大，各行业的发展驶入了快车道。特别是基础建设的投资，使冶金、电力、建筑机械、建筑材料、能源等加快了发展，因此，对减速机的需求也逐步扩大。预计“十一五”期间，随着国家对机械制造业的重视，重大装备国产化进程的加快以及城市改造、场馆建设等工程项目的开工，减速机的市场前景看好，整个行业仍将保持快速发展态势，尤其是齿轮减速机的增长将会大幅度提高，这与进口设备大多配套采用齿轮减速机有关。因此，业内专家希望企业抓紧开发制造齿轮减速机，尤其是大型硬齿面减速机及中、小功率减速机，以满足市场的需求。     从行业内企业发展情况来看，近年来，江苏省、浙江省的民营企业发展速度很快，已经成为行业中的一支生力军。此外，山东省淄博地区的减速机厂家也很多。一些发展速度较快的民营企业，在完成了原始积累后，不断发展壮大。他们紧跟市场变化，及时调整产品结构，对产品质量的要求也在不断提高。为了增强竞争力，他们加大购置检测设备、实验设备以及扩大厂房的资金投入，加工能力及技术水平提高很快，同时还重视人才的培养与引进，企业已开始向规范化、标准化方向发展。1.1.2 国外减速器的发展现状眼前国外工程机械紧要配套件大多半都出产历史久远，技艺成熟、供应富余，出产集中度高，品牌效应突出。配套件的开展随主机的开展而开展，同时配套件自身的开展反过来又推进主机的开展。眼前国外工程机械配套件的开展形势好过主机的开展形势。在流体产物范畴内，眼前世界上最大的流体产物缔造企业，美国的派克公司，成立于1918年，也有近100年历史，能够提供种类齐全的、高技艺程度的液压件、密封件及一切的液压附件。眼前世界上最大的用于静液压体系的变量液压元件缔造企业，德国的博士力士乐公司，已有200多年的历史，从1953年开端一切缔造液压元件，也有50年以上历史。其最具特征的产物是用于静液压传动的变量体系液压元件，不管是斜盘式或斜轴式，闭式或开式体系液压元件种类都十分齐全，能为各种需求静液压体系元件的工程机械配件。还有世界上最大的传动部件缔造企业，德国的ZF公司，成立于1915年，也有近100年历史，能为各种工程机械提供种类齐全的传动部件。在电气配套件方面，世界最大的德国西门子电气公司，以及日本的东芝公司、川崎公司、德国的博士公司等，都有50年以上，以至100年以上的久远历史，能满足工程机械各种高技艺程度的电气体系和电气元件的请求。1.2 减速器的发展趋势减速机发展趋势如下： 高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高4倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。 积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。 型式多样化，变型设计多。摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。 促使减速器水平提高的主要因素有： 理论知识的日趋完善，更接近实际（如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、优化设计方法、齿根圆滑过渡、新结构等）。 采用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平提高。 结构设计更合理。 加工精度提高到ISO56级。 轴承质量和寿命提高 润滑油质量提高。 自20世纪60年代以来，我国先后制订了JB113070圆柱齿轮减速器等一批通用减速器的标淮，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器专业生产厂。目前，全国生产减速器的企业有数百家，年产通用减速器25万台左右，对发展我国的机械产品作出了贡献。 20世纪60年代的减速器大多是参照苏联20世纪4050年代的技术制造的，后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB17960的89级提高到GB1009588的6级，高速齿轮的制造精度可稳定在45级。部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。 我国自行设计制造的高速齿轮减（增）速器的功率已达42000kW ，齿轮圆周速度达150m/s以上。但是，我国大多数减速器的技术水平还不高，老产品不可能立即被取代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。1.3 本文研究对象及意义1.3.1 本文研究对象硬齿面减速机主要包括平行轴系列和垂直轴系列，平行轴减速器是按国家标准(GBl900488)生产，产品经优化设计，具有国际八十年代先进水平，它主要包括ZDY (单级)、ZLY(两级)、ZSY(三级)和ZFY(四级)四大系列，垂直轴减速器是按国家标准(JB/T90021999)生产，用于输入轴与输出轴呈垂直方向布置的传动装置，它主要包括DBY、DCY和DFY三大系列。ZSY硬齿面减速机包括：ZSY160,ZSY180,ZSY200,ZSY224,ZSY250, ZSY280, ZSY3 15,ZSY355,ZSY400等系列。主要有以下几点特点：(1) 中心距，公称传动比等主要参数均经优化设计，主要零、部件互换性好。(2) 齿轮均采用优质合金钢经渗碳、淬火、而成，齿面硬度达HRC5462(3) 体积小、重量轻、精度高、承载能力大、效率高，寿命长，可靠性高、传动平稳、噪音低。(4) 一般采用油池润，自然冷却，当热功率不能满足时，可采用循环油润滑或风扇，冷却盘管冷却。 ZSY减速机输入转速一般n、1500rmin 。ZSY硬齿面减速机(2)齿轮传动圆周速度不大于20米秒。可广泛用于冶金、矿山、化工、建材、起重、运输、纺织、造纸、仪器、塑料、橡胶、工程机械、能源等工业部门。本文研究的对象是ZSY系列减速机的280型号，根据给定的材料对减速机整体各部分进行设计校核。且能运用PRO/E三维软件进行辅助设计，画出各零件的三维图并予以装配，然后将三维图导成二维图，便于对整个设计过程进行分析。 此减速机是三级展开式圆柱齿轮减速机，三级都是斜齿圆柱齿轮传动，其基本参考数据如表1-1所示：表1-1名称材料齿数齿宽模数mn螺旋角分度圆直径齿轮轴20CrMnTi25100mm413102.63mm齿轮20CrMnTi6890mm413279.15mm齿轮轴20CrMnTi25130mm413102.63mm齿轮20CrMnTi88120mm413361.26mm齿轮轴20CrMnTi25148mm613154mm齿轮20CrMnTi66138mm613406mm1.3.2 本文研究意义ZSY圆柱齿轮减速机作为一种广泛应用的减速机，具有广泛的代表性。通过对此类型的减速机的设计与研究，可以深入的了解减速机的原理，减速机在机械行业中的重要意义。同时通过对减速机的设计紧密结合各种专业知识，灵活运用，培养设计者较为成熟的机械设计思想。为以后的工作打下一个良好的基础。2传动装置总体设计2.1 设计任务2.1.1 设计任务和要求通过在广泛查阅了大量有关文献、吸收和消化目前对减速器的研究成果的基础上，做以下的工作：a) 了解国产减速器的制造工艺和装配工艺；b) 设计ZSY280-25-108Kw型减速器；c）利用三维造型软件完成减速器结构设计方案的三维及二维图纸；d) 制定减速器的安装、调试、使用及维护保养的技术文件；2.1.2 原始数据该减速器低速级中心距为280mm，总传动比为25，输出功率为108Kw。工作寿命10年，每年工作300天，两班制，工作平稳。2.2 确定传动方案传动方案一般用机构简图表示。传动方案要满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护方便、工艺性和经济性好等要求。本课题减速器的机构简图如下图所示：图2-12.3 选择电动机和传动比的分配2.3.1 确定电动机功率标准电动机的容量以额定功率表示，所选电动机的额定功率应不小于所需工作机的额定要求的功率。则工作机要求的电动机功率为：PdPw/Pd工作机要求的电动机输出功率，单位为Kw；电动机至工作机之间传动装置的总效率；Pw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 =0.99×0.98×0.98×0.98×0.98×0.98×0.98×0.98×0.99=0.851Pd108/0.851Kw=126.91 Kw所以可以选择YS6324型电动机，其额定功率是180Kw，满载转速时1400 r/min2.3.2 分配各级传动比 总传动比公式为ii*i*i，其中i25，根据传动比分配原则，初步假定i=2.72，i=3.5，i=2.63。2.4 传动系统的运动和动力参数计算传动系统各轴的转速、功率和转矩计算：2.4.1 各轴的转速n=1400 r/minn=515 r/minn=147 r/minn=56r/min2.4.2 各轴输入功率P=126.91KwP=P0.99=125.64KwP=P0.98=120.66KwP=P0.98=115.88KwP=P0.98=111.29Kw式中，P ，P， P， P分别为相对应轴的功率。2.4.3 各轴输入转矩 T=9.5510=857.0410 NmmT=9.5510=2237.4810 Nmm T=9.5510=7528.2610 Nmm T=9.5510=18978.9210 Nmm式中， 对应轴的转矩。3. 齿轮设计计算3.1 高速轴齿轮的设计3.1.1 主要参数大小齿轮均采用20CrMnTi，经渗碳淬火，齿面硬度为5862HRC，7级精度，Z=25，Z=68，= 0.8,=133.1.2 按齿根弯曲疲劳强度设计a）确定 M1） 载荷系数 试选K=1.52） 小齿轮传递取T=9.5510=857.0410 Nmm=857040 Nmm3） 大小齿轮弯曲疲劳强度极限 =460Mpa4） 应力循环次数 N=60njLh=4.03210， N=60 njLh=1.482105） 弯曲疲劳寿命系数K=0.88, K=0.906） 计算许用弯曲应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，应力修正系数Y=2.0，则= 578.2 Mpa= 591.4Mpa Z =27.02 Z =73.51 查表得出： Y=2.62, Y=2.24, Y=1.59，Y=1.758） 因为 所以按小齿轮进行齿根弯曲疲劳强度设计计算9） 重合度系数Y及螺旋角系数YY=0.70 Y=0.86b)设计计算1)M=3.46m2)圆周速度:v=6.5 m/s3)计算载荷系数K 使用系数K=1.5，传动载荷系数K=1.2， 齿间载荷分配系数K=1.2, 齿间载荷分布系数K=1.24 K= K K K K=2.684)校正并确定模数m m=3.46×=4.2mm 取m=4mmc)计算齿轮传动几何尺寸1）中心距aa=190.9mm2) 螺旋角=13.003) 齿轮分度圆直径d=48.21mm d=279.15mm 4) 齿宽b= d=0.848.21=82.104mm b=90mm b= b+(510)=100mm3.1.3 校核齿面接触疲劳强度 = 确定上公式各参数值1) =1200 Mpa2) K=0.9 K=0.92 3)计算许用接触应力 取S=1=K/ S=0.91200/1=1080Mpa=K/ S=0.921200/1=1104Mpa=(+)/2=1092Mpa4)节点区域系数Z=2.44 5)重合度系数Z=0.8 6)螺旋角系数Z=0.987 7)材料系数Z= 189.8 8)校核=2.44189.80.750.992=926.43 Mpa <=1092Mpa3.2 第二级传动齿轮设计3.2.1 主要参数大小齿轮均采用20CrMnTi，经渗碳淬火，齿面硬度为5862HRC，7级Z=25， Z=88，= 1.1,=133.2.2 按齿根弯曲疲劳强度设计a) 确定 M1)载荷系数 K=1.52)小齿轮传递的转矩 T=2237.48Nm3)大小齿轮的弯曲疲劳强度极限 =460Mpa4)应力循环次数 N=14.83210, N=0.42410 5)弯曲疲劳寿命系数 K=0.9, K=0.926)取弯曲疲劳安全系数S=1.4，应力修正系数Y=2，则 = 591.43 Mpa = 604.67)查取齿型系数和应力校正系数 Z =27.03 Z =95.13 查表得 Y=2.57，=2.18 , Y=1.6，Y=1.798)计算大小齿轮的并加以比较 因为 故按小齿轮进行齿根弯曲疲劳强度设计。9)重合度系数Y及螺旋角系数YY=0.7 Y=0.9b)设计计算1) 计算齿轮模数M=3.4372)圆周速度:v=2.377m/s3)计算载荷系数K使用系数K=1.5，传动载荷系数K=1.01， 齿间载荷分配系数K=1.2, 齿间载荷分布系数K=1.34 K= K K K K=2.444)校正并确定模数 m=3.437×=3.67mm 取m=4mc)计算齿轮传动几何尺寸 1)中心距aa=232mm2) 螺旋角=133) 齿轮分度圆直径d= =102.63mm, d=361.26mm4) 齿宽b= d=1.1102.63=112.893mmb=120mmb= b+(510)=130mm3.2.3 校核齿面接触疲劳强度 =a) 确定上公式各参数值 1) =1500 Mpa2) K=0.95 K=0.973)计算许用接触应力 取S=1=K/ S=0.951500/1=1425Mpa=K/ S=0.971500/1=1455Mpa=(+)/2=1440Mpa4)节点区域系数Z=2.44 5)重合度系数Z=0.8 6)螺旋角系数Z=0.987 7)材料系数Z= 189.8, Z=25 8)校核 =683.7=14403.3 第三级传动齿轮设计3.3.1 主要参数 大小齿轮均采用20CrMnTi，经渗碳淬火，齿面硬度为5862HRC，7级Z=25，Z=66，= 0.9,=13。3.3.2 按齿根弯曲疲劳强度设计a) 确定 M1)载荷系数 K=1.52)小齿轮传递的转矩 T=7528260 Nm3)大小齿轮的弯曲疲劳强度极限 =460Mpa 4)应力循环次数 N=4.2310, N=16.1105)弯曲疲劳寿命系数K=0.92, K=0.946)取弯曲疲劳安全系数S=1.4，应力修正系数Y=2，则 = 604.60 Mpa = 617.71 Mpa7)查取齿型系数和应力校正系