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1、無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 引言 國外減速器現(xiàn)狀?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械傳動裝置。當前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領先地位，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。最近報導，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)上與本項目類似或相近，都為目前先進的齒輪減速器。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長

2、的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進材料品質(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、機器人等領域中，微型發(fā)動機已基本研制成功，美國和荷蘭近期研制分子發(fā)動機的尺寸在納米級范圍如能輔以納米級的減速器，則應用前景遠大。 1．國內(nèi)減速器現(xiàn)狀?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，特別是大型的減速器問題更突出，使

3、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、機械效率高等優(yōu)點?。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

4、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，處于國內(nèi)領先地位。國內(nèi)有少數(shù)高等學校和廠礦企業(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，實現(xiàn)減速傳動的作用。平動發(fā)生器可采用平行四邊形機構(gòu)

5、，或正弦機構(gòu)或十字滑塊機構(gòu)。本成果采用平行四邊形機構(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構(gòu)，也可以是實體的采用平行四邊形機構(gòu)。有實用價值的平動齒輪機構(gòu)為內(nèi)嚙合齒輪機構(gòu)，因此又可以分為內(nèi)齒輪作平動運動和外齒輪作平動運動兩種情況。外平動齒輪減速機構(gòu)，其內(nèi)齒輪作平動運動，驅(qū)動外齒輪并作減速轉(zhuǎn)動輸出。該機構(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，兩曲柄中心能設置在外齒輪的齒圈內(nèi)部，大大減少了機構(gòu)整體尺寸。由于內(nèi)平動齒輪機構(gòu)傳動效

6、率高、體積小、輸入輸出同軸線，故由廣泛的應用前景。? 三、本項目的技術特點與關鍵技術? 1.本項目的技術特點,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：（1）傳動比范圍大，自I=10起，最大可達幾千。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。（2）傳遞功率范圍大：并可與電動機聯(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）機械效率高。嚙合效率大于95%，整機效率在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。本減速器與其它減速器的性能比

7、較見表1。因缺少數(shù)據(jù)，表中所列的各減速器的功率/重量比是最優(yōu)越的。?表1?各類減速器比較 型號 功率（kw） 減速比 質(zhì)量（kg） QI-450? 93 31.5 1820 ZSY-250? 95 31.5 540 NGW-92 88.1 31.5 577 SEW(德國)? 90 28.61 1300 NP-100? 100 30 400 注：NP-100為內(nèi)平動齒輪減速器，SEW減速器的質(zhì)量含電機。2.本項目的關鍵技術?由圖2可知，"內(nèi)平動齒輪減速器"是由內(nèi)齒輪Z2、外齒輪Z1和平行四邊形機構(gòu)組合而成的。它的傳動原理是：電機輸入旋轉(zhuǎn)運動，外齒輪作平行移動，其圓心的運動軌跡是一個圓，與之嚙合的

8、內(nèi)齒輪則作定軸轉(zhuǎn)動。因為外齒輪作平行移動，所以稱謂平動齒輪機構(gòu)。齒輪的平行移動需要有輔助機構(gòu)幫助實現(xiàn)的，可采用（6~12副）銷軸、滾子作為虛擬輔助平動機構(gòu)，也可以采用偏心軸作為實體輔助平動機構(gòu)。內(nèi)平動齒輪減速器的關鍵技術和關鍵工藝是組成平行四邊形構(gòu)件的尺寸計算及其要求的加工精度、輪齒主要參數(shù)的選擇。這些因數(shù)都將影響傳動的能力和傳動的質(zhì)量。總的說，組成本減速器的各零部件都要求有較高的精度，它們將決定著減速器的整體傳動質(zhì)量。3.本項目的概況本項目已獲得中國實用新型專利，專利號：ZL95227767.0?。?本項目自1995年試制出第一臺樣機（功率2.5kW，傳動比I=32）后，陸續(xù)與一些廠礦合作，

9、設計了下面幾種不同功率、不同傳動比的減速器。（1）電動推拉門用減速器，功率550W，傳動比I=26，與電機連成一體。（2）攪拌機用減速器，功率370W，傳動比I=17。（3）某軍品用的兩種減速器，一種功率370W，傳動比I=23.5；另一種功率370W，傳動比I=103的二級傳動減速器。（4）鋼廠大包回轉(zhuǎn)臺減速器，功率7.5kw，傳動比I=64。（5）鋼廠輥道減速器，功率7.5kw，傳動I=11。在本專利的基礎上，已研制出一種新型超大型減速器，功率可達1000kw，目前正在研制超小型（外型尺寸為毫米級）的微型減速器。 2．市場需求 分析 1.市場需求前景?同平動齒輪減速器由于體積小，重量輕，

10、傳動效率高，將會節(jié)省可觀的原料和能源。因此，本減速器是一種節(jié)能型的機械傳動裝置，也是減速器的換代產(chǎn)品。?本減速器可廣泛應用于機械，冶金、礦山、建筑、航空、軍事等領域。特別在需要較大減速比和較大功率的各種傳動中有巨大的市場和應用價值。 2.社會經(jīng)濟效益?現(xiàn)有的各類減速器多存在著消耗材料和能源較多，對于大傳動比的減速器，該問題更為突出。而本新型減速器具有獨特的優(yōu)點。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基礎部件。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，有所改進的話，都將會促進資源（包括人力、材料和動力）的節(jié)省。 可以預見，

11、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）大多依靠進口，而本減速器的一個巨大優(yōu)勢就是可以做超大型的減速器，完全可以填補國內(nèi)市場的空白，并將具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益 畢業(yè)設計任務書 題目：設計一用于帶式運輸機傳動裝置中的同軸式二級圓柱齒輪減速器 一． 傳動裝置總體設計： 1. 組成：傳動裝置由電機、減速器、工作機組成。 2. 特點：齒輪相對于軸承不對稱分布，故沿軸向載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度。 3. 確定傳動方案：考慮到電機轉(zhuǎn)速高，傳動功率

12、大，將V帶設置在高速級。 其傳動方案如下： 1—電動機；2—聯(lián)軸器；3—齒輪減速器；4—帶式運輸機；5—鼓輪；6—聯(lián)軸器 一． 工作情況： 載荷平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn) 二． 原始數(shù)據(jù) 鼓輪的扭矩T（Nm）：850 鼓輪的直徑D（mm）：350 運輸帶速度V（m/s）：0.7 帶速允許偏差（％）：5 使用年限（年）：5 工作制度（班/日）：2 三． 設計內(nèi)容 ⒈電動機的選擇與運動參數(shù)計算； ⒉斜齒輪傳動設計計算 ⒊軸的設計 ⒋滾動軸承的選擇 ⒌鍵和連軸器的選擇與校核； ⒍裝配圖、零件圖的繪制 ⒎設計計算說明書的編寫 四． 設計任務

13、 ⒈減速器總裝配圖一張 ⒉齒輪、軸零件圖各一張 ⒊設計說明書一份 五． 設計進度 第一階段：總體計算和傳動件參數(shù)計算 第二階段：軸與軸系零件的設計 第三階段：軸、軸承、聯(lián)軸器、鍵的校核及草圖繪制 第四階段：裝配圖、零件圖的繪制及計算說明書的編寫 傳動方案的擬定及說明 由題目所知傳動機構(gòu)類型為：同軸式二級圓柱齒輪減速器。故只要對本傳動機構(gòu)進行分析論證。 本傳動機構(gòu)的特點是：減速器橫向尺寸較小，兩大吃論浸油深度可以大致相同。結(jié)構(gòu)較復雜，軸向尺寸大，中間軸較長、剛度差，中間軸承潤滑較困難。 電動機的選擇 1． 電動機類型和結(jié)構(gòu)的選擇 因為本傳動的工作狀況是：載荷

14、平穩(wěn)、單向旋轉(zhuǎn)。所以選用常用的封閉式Y(jié)（IP44）系列的電動機。 2． 電動機容量的選擇 KW ⑴工作機所需功率Pw KW Pw＝3.4kW 2 電動機的輸出功率 所以 KW 由電動機到運輸帶的傳動總功率為 η＝＝0.904 Pd＝3.76kW 3． 電動機轉(zhuǎn)速的選擇 nd＝（i1’i2’…in’）nw 初選為同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的電動機 方案 電動機型號 額定功率 KW 同步轉(zhuǎn)速 r/min 額定轉(zhuǎn)速 r/min 重量 N 總傳動比

15、 1 Y112M-2 4 1500 1440 470 125.65 2 Y132M1-6 4 1000 960 730 83.77 3 Y160M1-8 4 750 720 1180 62.83 4．電動機型號的確定 由(機械設計基礎課程設計指導書p119)查出電動機型號為Y132M1-6,其額定功率為4kW，滿載轉(zhuǎn)速960r/min。基本符合題目所需的要求。其參數(shù)如下： 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 傳動裝置的總傳動比及其分配 1． 計算總傳動比 由電動機的滿載轉(zhuǎn)速nm和工作機主動軸轉(zhuǎn)速nw可確定

16、傳動裝置應有的總傳動比為： i＝nm/nw nw＝38.4 i＝25.14 2． 合理分配各級傳動比 由于減速箱是同軸式布置，所以i1＝i2。 因為i＝25.14，取i＝25，i1=i2=5 速度偏差為0.5%<5%，所以可行。 各軸轉(zhuǎn)速、輸入功率、輸入轉(zhuǎn)矩 項 目 電動機軸 高速軸I 中間軸II 低速軸III 鼓 輪 轉(zhuǎn)速（r/min） 960 960 192 38.4 38.4 功率（kW） 4 3.96 3.84 3.72 3.57 轉(zhuǎn)矩（Nm） 39.8 39.4 191 925.2 888.4 傳動比 1 1

17、 5 5 1 效率 1 0.99 0.97 0.97 0.97 傳動件設計計算 1． 選精度等級、材料及齒數(shù) 1） 材料及熱處理； 選擇小齒輪材料為40Cr（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。 2） 精度等級選用7級精度； 3） 試選小齒輪齒數(shù)z1＝20，大齒輪齒數(shù)z2＝100的； 4） 選取螺旋角。初選螺旋角β＝14 2． 按齒面接觸強度設計 因為低速級的載荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數(shù)據(jù)進行計算 按式（10—21）試算，即 dt≥ 1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值

18、試選Kt＝1.6 （1） 選取區(qū)域系數(shù)ZH＝2.433 （2） 選取尺寬系數(shù)φd＝1 （3） 查得εα1＝0.75，εα2＝0.87，則εα＝εα1＋εα2＝1.62 （4） 查得材料的彈性影響系數(shù)ZE＝189.8Mpa （5） 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim1＝600MPa；大齒輪的解除疲勞強度極限σHlim2＝550MPa； （6） 計算應力循環(huán)次數(shù) N1＝60n1jLh＝601921（283005）＝3.3210e8 N2＝N1/5＝6.64107 （7） 查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1＝0.95；KHN2＝0.98 （8） 計

19、算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，由式（10－12）得 [σH]1＝＝0.95600MPa＝570MPa [σH]2＝＝0.98550MPa＝539MPa [σH]＝[σH]1＋[σH]2/2＝554.5MPa 2） 計算 （1） 試算小齒輪分度圓直徑d1t d1t≥ ==67.85 （2） 計算圓周速度 v===0.68m/s （3） 計算齒寬b及模數(shù)mnt b=φdd1t=167.85mm=67.85mm mnt===3.39 h=2.25mnt=2.25

20、3.39mm=7.63mm b/h=67.85/7.63=8.89 (4)計算縱向重合度εβ 　　　　　　εβ==0.3181tan14=1.59 (5)計算載荷系數(shù)K 已知載荷平穩(wěn)，所以取KA=1 根據(jù)v=0.68m/s,7級精度，由圖10—8查得動載系數(shù)KV=1.11；由表10—4查的KHβ的計算公式和直齒輪的相同， 故 KHβ=1.12+0.18(1+0.61)11+0.231067.85=1.42 查得KFβ=1.36 查得KHα=KHα=1.4。故載荷系數(shù) K=KAKVKHαKHβ=11.031.41.4

21、2=2.05 (6)按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10—10a）得 d1==mm=73.6mm (7)計算模數(shù)mn mn =mm=3.74 3． 按齒根彎曲強度設計 由式(10—17) mn≥ 1） 確定計算參數(shù) （1） 計算載荷系數(shù) K=KAKVKFαKFβ=11.031.41.36=1.96 （2） 根據(jù)縱向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59，從圖10－28查得螺旋角影響系數(shù) Yβ＝0。88 （3） 計算當量齒數(shù) z1=z1/cosβ=20/cos14

22、=21.89 z2=z2/cosβ=100/cos14=109.47 （4） 查取齒型系數(shù) 由表10－5查得YFa1=2.724；Yfa2=2.172 （5） 查取應力校正系數(shù) 由表10－5查得Ysa1=1.569；Ysa2=1.798 （6） 計算[σF] σF1=500Mpa σF2=380MPa KFN1=0.95 KFN2=0.98 [σF1]=339.29Mpa [σF2]=266MPa （7） 計算大、小齒輪的并加以比較 ==0.0126 ==0.01468 大齒輪的數(shù)值大。 2） 設計計算 mn≥=2.4 mn=2.5 4． 幾何尺寸計算 1） 計算中心距 z1=32.9，取z1=33 z2=165 a=255.07mm a圓整后取255mm 11