单级圆柱齿轮减速器毕业设计.docx
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单级圆柱齿轮减速器毕业设计
南阳理工学院
课程设计说明书
（机电一体化工程）
地市：
河南省
准考证号：
姓名：
课程设计任务书
一、课程设计题目：
单级圆柱齿轮减速器
二、课程设计工作自年月日起至年月日止
三、课程设计进行地点：
四、课程设计内容要求：
课题的来源要有现实意义；有系统框图的分析；包括机械传动设计的计算；有执行元器件的选用说明；要编写机械和电气其它的说明书；
指导教师：
批准日期：
课程设计评审意见书
指导老师初审意见及建议评分等级
指导老师签字：
年月日
工作单位
职称
主考院校审核意见及评分
审核人：
年月日
目录
设计计划任务书﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎1
传动方案说明﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎2
电动机的选择﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎3
传动装置的运动和动力参数﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎5
传动件的设计计算﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎6
轴的设计计算﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎8
联轴器的选择﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎10
滚动轴承的选择及计算﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎13
键联接的选择及校核计算﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎14
减速器附件的选择﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎15
润滑与密封﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎16
PLC的工作原理--------------------------------------
PLC控制系统的设计和调试-----------------
引言
1.PLC控制原理
2PLC系统设备选型
2.1确定PLC控制系统的规模
2.2确定PLCI/O点的类型
2.3确定PLC编程工具
3PLC控制系统的设计
3.1PLC控制系统的硬件设计
3.2PLC控制系统的软件设计
4PLC控制系统程序的调试
4.1I/O端子测试
4.2系统调试
5结束语
设计小结﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎16
参考资料﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎﹎16
一.拟定传动方案
为了估计传动装置的总传动比范围，以便选择合适的传动机构和传动方案，可先由已知条件计算其驱动卷筒的转速nw,即
v=1.1m/s;D=350mm;
nw=60*1000*v/（∏*D）=60*1000*1.1/（3.14*350）
一般常选用同步转速为１０００r/min或１５００r/min的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比约为１7或25。
二.选择电动机
１）电动机类型和结构形式
按工作要求和工作条件，选用一般用途的Ｙ（ＩＰ４４）系列三相异步电动机。
它为卧式封闭结构。
２）电动机容量
（１）卷筒轴的输出功率Ｐｗ
F=2800r/min;
Pw=F*v/1000=2800*1.1/1000
（2）电动机输出功率Pd
Pd=Pw/t
传动装置的总效率 t=t1*t2^2*t3*t4*t5
式中，t1,t2,…为从电动机到卷筒之间的各传动机构和轴承的效率。
由表２－４查得：
弹性联轴器1个
t4=0.99;
滚动轴承2对
t2=0.99;
圆柱齿轮闭式1对
t3=0.97;
V带开式传动1幅
t1=0.95;
卷筒轴滑动轴承润滑良好1对
t5=0.98;
则
t=t1*t2^2*t3*t4*t5=0.95*0.99^2*0.97*0.99*0.98＝0.8762
故
Pd=Pw/t=3.08/0.8762
（３）电动机额定功率Ped
由第二十章表２０－１选取电动机额定功率ped=4KW。
3）电动机的转速
为了便于选择电动事，先推算电动机转速的可选范围。
由表２－１查得V带传动常用传动比范围2~4，单级圆柱齿轮传动比范围3~6，
可选电动机的最小转速
Nmin=nw*6=60.0241*6=360.1449r/min
可选电动机的最大转速
Nmin=nw*24=60.0241*24=1440.6r/min
同步转速为960r/min
选定电动机型号为Ｙ１32Ｍ1－６。
４）电动机的技术数据和外形、安装尺寸
由表２０－１、表２０－２查出Ｙ１32Ｍ1－６型电动机的方根技术数据和
外形、安装尺寸，并列表刻录备用。
电机型号
额定功率
同步转速
满载转速
电机质量
轴径mm
Y132M1-6
4Kw
1000
960
73
28
大齿轮数比小齿轮数=101/19=5.3158
三．计算传动装置总传动比和分配各级传动比
１）传动装置总传动比
nm=960r/min;
i=nm/nw=960/60.0241=15.9936
２）分配各级传动比
取V带传动比为
i1=3;
则单级圆柱齿轮减速器比为
i2=i/i1=15.9936/3=5.3312
所得i2值符合一般圆柱齿轮和单级圆柱齿轮减速器传动比的常用范围。
四．计算传动装置的运动和动力参数
１）各轴转速
电动机轴为０轴，减速器高速轴为Ⅰ轴，低速轴为Ⅱ轴，各轴转速为
n0=nm;
n1=n0/i1=60.0241/3=320r/min
n2=n1/i2=320/5.3312=60.0241r/min
２）各轴输入功率
按机器的输出功率Pd计算各轴输入功率，即
P0=Ped=4kw
轴I的功率
P1=P0*t1=4*0.95=3.8kw
轴II功率
P2=P1*t2*t3=3.8*0.99*0.97=3.6491kw
３）各轴转矩
T0=9550*P0/n0=9550*4/960=39.7917Nm
T1=9550*P1/n1=9550*3.8/320=113.4063Nm
T2=9550*P2/n2=9550*3.6491/60.0241=580.5878Nm
二、设计带轮
1、计算功率
P=Ped=4Kw
一班制，工作８小时，载荷平稳，原动机为笼型交流电动机
查课本表８－１０，得KA=1.1;
计算功率
Pc=KA*P=1.1*4＝4.4kw
2选择普通Ｖ带型号
n0=960r/min
根据Pc=4.4Kw，n0=960r/min,由图13-15（205页）查得坐标点位于A型
d1=80~100
３、确定带轮基准直径
表８－１１及推荐标准值
小轮直径
d1=100mm;
大轮直径
d2=d1*3.5=100*3.5=350mm
取标准件
d2=355mm;
4、验算带速
验算带速
v=∏*d1*n0/60000=3.14*100*960/60000=5.0265m/s
在5~25m/s范围内
从动轮转速
n22=n0*d1/d2=960*100/355=270.4225m/s
n21=n0/3.5=960/3.5=274.2857m/s
从动轮转速误差=（n22-n21）/n21=270.4225-274.2857/274.2857
=-0.0141
5、V带基准长度和中心距
初定中心距
中心距的范围
amin=0.75*（d1+d2）=0.75*（100+355）=341.2500mm
amax=0.8*（d1+d2）=0.8*（100+355）=364mm
a0=350mm;
初算带长
Lc=2*a0+pi*（d1+d2）/2+（d2-d1）^2/4/a0
Lc=1461.2mm
选定基准长度
表8-7,表8-8查得
Ld=1600mm;
定中心距
a0+（Ld-Lc）/2=（1600-1461.3）/2=419.4206mm
a=420mm;
amin=a-0.015*Ld=420-0.015*1600=396mm
amax=a+0.03*Ld=420+0.03*1600=468mm
6、验算小带轮包角
验算包角
＝180-（d2-d1）*57.3/a=180-（355-100）*57.3/a
145.2107>120度故合格
7、求V带根数Z
由式（13-15）得
查得n1=960r/min,d1=120mm
查表13-3P0=0.95
由式13-9得传动比
i=d2/（d1（1+0.0141）=350/（100*（1+0.0141）=3.5
查表（13-4）得
由包角145.21度
查表13-5得Ka=0.92
KL=0.99
z=4.4/（（0.95+0.05）*0.92*0.99）=3
8、作用在带上的压力F
查表13-1得q=0.10
故由13-17得单根V带初拉力
三、轴
初做轴直径：
轴I和轴II选用45#钢c=110
d1=110*（3.8/320）^（1/3）=25.096mm
取d1=28mm
d2=110*（3.65/60）^（1/3）=43.262mm
由于d2与联轴器联接，且联轴器为标准件，由轴II扭矩，查162页表
取YL10YLd10联轴器
Tn=630>580.5878Nm轴II直径与联轴器内孔一致
取d2=45mm
四、齿轮
1、齿轮强度
由n2=320r/min,P=3.8Kw,i=3
采用软齿面，小齿轮40MnB调质，齿面硬度为260HBS，大齿轮用ZG35SiMn调质齿面硬度为225HBS。
因
，
SH1=1.1，SH2=1.1
，
，
因：
，
，SF=1.3
所以
2、按齿面接触强度设计
设齿轮按9级精度制造。
取载荷系数K=1.5，齿宽系数
小齿轮上的转矩
按
计算中心距
u=i=5.333
mm
齿数z1=19,则z2=z1*5.333=101
模数m=2a/（z1+z2）=2.0667取模数m＝2.5
确定中心矩a=m（z1+z1）/2=150mm
齿宽b=
b1=70mm,b2=60mm
3、验算弯曲强度
齿形系数YF1=2.57，YF2=2.18
按式（11-8）轮齿弯曲强度
4、齿轮圆周速度
按162页表11-2应选9做精度。
与初选一致。
五、轴校核：
圆周力Ft=2T/d1
径向力Fr=Ft*tan
=20度标准压力角
d=mz=2.5*101=252.5mm
Ft=2T/d1=2*104.79/252.5=5852.5N
Fr=5852.5*tan20=2031.9N
1、求垂直面的支承压力Fr1,Fr2
由Fr2*L-Fr*L/2=0
得Fr2=Fr/2=1015.9N
2、求水平平面的支承力
FH1=FH2=Ft/2=2791.2N
3、垂直面弯矩
L=40/2+40/2+90＋10=140mm
Mav＝Fr2*L/2＝1015.9*140/2=71.113Nm
4、水平面弯矩
MaH=FH*L/2=2791.2*140/2=195.384Nm
5、求合成弯矩图
6、求轴传递转矩
T=Ft*d2/2=2791.2*2.5*101/2=352.389Nm
7、计算危险截面处轴的直径
轴的材料，用45#钢，调质处理，由表14-1查得
由表13-3查得许用弯曲应力
，
所以
考虑到键槽对轴的削弱，将轴的最小危险直径d加4%。
故d=1.04*25.4=26.42mm
由实际最小直径d=40mm,大于危险直径
所以此轴选d=40mm,安全
六、轴承的选择
由于无轴向载荷，所以应选深沟球轴承6000系列
径向载荷Fr=2031.9N，两个轴承支撑，Fr1=2031.9/2＝1015.9N
工作时间Lh＝3*365*8=8760（小时）
因为大修期三年，可更换一次轴承
所以取三年
由公式
式中fp=1.1,P=Fr1=1015.9N,ft=1（工作环境温度不高）
（深沟球轴承系列）
由附表选6207型轴承
七、键的选择
选普通平键A型
由表10-9按最小直径计算，最薄的齿轮计算
b=14mm,h=9mm,L=80mm,d=40mm
由公式
所以
选变通平键，铸铁键
所以齿轮与轴的联接中可采用此平键。
八、减速器附件的选择
1、通气器：
由于在外界使用，有粉尘，选用通气室采用M18
1.5
2、油面指示器：
选用油标尺，规格M16
3、起吊装置：
采用箱盖吊耳，箱座吊耳
4、放油螺塞：
选用外六角细牙螺塞及垫片M16
1.5
5、窥视孔及视孔盖
选用板结构的视孔盖
九、润滑与密封：
1、齿轮的润滑：
采用浸油润滑，由于低速级大齿轮的速度为：
查《课程设计》P19表3-3大齿轮浸油深度为六分之一大齿轮半径，所以取浸油深度为30mm。
2、滚动轴承的润滑
采用飞溅润滑在箱座凸缘面上开设导油沟，并设挡油盘，以防止轴承旁齿轮啮合时，所挤出的热油溅入轴承内部，增加轴承的阻力。
3、润滑油的选择
齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备选用
L-AN15润滑油
4、密封方式选取：
选用凸缘式端盖，易于调整轴承间隙，采用端盖安装毡圈油封实现密封。
轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承外径决定。
PLC控制系统的设计和实践经验
1引言
在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC技术是解决上述问题的最有效、最便捷的工具，因此PLC在工业控制领域得到了广泛的应用。
下面就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。
2..PLC控制原理
PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。
它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。
用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。
运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。
PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。
PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。
不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。
PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。
它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。
大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。
把计算结果送给PLC的控制
2PLC系统设备选型
PLC最主要的目的是控制外部系统。
这个系统可能是单个机器，机群或一个生产过程。
不同型号的PLC有不同的适用范围。
根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。
适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。
并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。
目前市场上的PLC产品众多，国外知名品牌有德国的SIEMENS;日本的OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美国的GE;韩国的LG等。
国产品牌有研华、研祥、合力时等。
近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高。
PLC的选型应从以下几个方面入手。
2.1确定PLC控制系统的规模
依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。
可分为大、中、小三种规模。
小规模PLC控制系统:
单机或者小规模生产过程，控制过程主要是条件、顺序控制，以开关量为主，并且I/O点数小于128点。
一般选用微型PLC,如SIEMENSS7-200等。
中等规模PLC控制系统:
生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，I/O点数在128——512点之间。
应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENSS7-300等。
大规模PLC控制系统:
生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制，I/O点数在512点以上。
应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的高档PLC,如SIEMENSS7-400等,再和工业现场总线结合实现工厂工业网络的通讯和控制。
2.2确定PLCI/O点的类型
根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。
适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。
根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。
不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。
电磁阀的开闭、大电感负载、动作频率低的设备，PLC输出端采用继电器输出或者固态继电器输出;各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动/停止应采用晶体管输出。
2.3确定PLC编程工具
（1）一般的手持编程器编程。
手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表（STL）编程。
这种方式效率低，但对于系统容量小、用量小的产品比较适宜，具有体积小、价格低、易于现场调试等优点。
这主要用于微型PLC的编程。
（2）图形编程器编程。
图形编程器采用梯形图（LAD）编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高,主要用于微型PLC和中档PLC。
（3）计算机加PLC软件包编程。
这种方式是效率最高的一种方式，但大部分公司的PLC开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试，主要用于中高档PLC系统的硬件组态和软件编程。
3PLC控制系统的设计
PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。
3.1PLC控制系统的硬件设计
硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。
主要包括输入和输出电路两部分。
（1）PLC控制系统的输入电路设计。
PLC供电电源一般为AC85—240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1:
1隔离变压器等）;隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。
PLC输入电路电源一般应采用DC24V,同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源
。
的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。
（2）PLC控制系统的输出电路设计。
依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果PLC系统输出频率为每分钟6次以下，应首选继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。
如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。
当PLC扫描频率为10次/min以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。
对于两个重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。
对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。
（3）PLC控制系统的抗干扰设计。
随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。
一般采用以下几种方式:
隔离:
由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1:
1超隔离变压器，并将中性点经电容接地。
屏蔽:
一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。
金属柜外壳可靠接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。
布线:
强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。
3.2PLC控制系统的软件设计
在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。
软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的最关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。
在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。
（1）PLC控制系统的程序设计思想。
由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。
基本程序:
既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序
;依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种:
顺序结构、条件分支结构和循环结构。
模块化程序:
把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，最后组合成一个完成总任务的完整程序。
这种方法叫做模块化程序设计。
我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。
特别是用于复杂控制要求的生产过程。
（2）PLC控制系统的程序设计要点。
PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址，以利于维护。
定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行的可靠性。
程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是I/O位），也要统一编号，进行分配。
在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。
彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出地址应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。
（3）PLC控制系统编程技巧。
PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC编程必须遵循的原则。
下面介绍几点技巧。
PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。
同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。
如果必须是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0或者RQ4.0）。
如果要使PLC多个输出为固定值1（常闭），可以采用字传送指令完成，例如Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。
对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入P
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