毕业论文一级圆柱齿轮减速器的设计.docx
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毕业论文一级圆柱齿轮减速器的设计
包头轻工职业技术学院
毕业论文
论文题目：
一级圆柱齿轮减速器的设计
09153012
宋海龙
学 号：
_________________________
作 者：
_________________________
机械制造及自动化
专业名称：
_________________________
2011年5月7日
一级圆柱齿轮减速器的设计
论文题目：
宋海龙
作者：
_________________________
周彦云副教授
包头轻工职业技术学院
宿宝龙讲师
包头轻工职业技术学院
指导教师：
单位：
包头轻工职业技术学院
刘小兰讲师
单位：
单位：
-论文提交日期：
2011年5月7日
摘要
通过对减速器的简单了解，开始学习设计齿轮减速器，尝试设计增强感性认知和对社会的适应能力，及进一步巩固已学过的理论知识，提高综合运用所学知识发现问题、解决问题，以求把理论和实践结合一起。
学习如何进行机械设计，了解机械传动装置的原理及参数搭配。
学习运用多种工具，比如CAD等，直观的呈现在平面图上。
通过对圆柱齿轮减速器的设计，对齿轮减速器有个简单的了解与认知。
齿轮减速器是机械传动装置中不可缺少的一部分。
机械传动装置在不断的使用过程中，会不同程度的磨损，因此要经常对机械予以维护和保养，延长其使用寿命，高效化的运行，提高生产的效率。
【关键词】：
机械传动装置、齿轮减速器、设计原理与参数配置
第一章减速器概述
20世纪70-80年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。
通用减速器的发展趋势如下：
1.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。
2.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。
3.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。
当今世界减速器正向着大功率，大传比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。
我过的减速器及齿轮技术总的发展趋势是向着六高、二低、二化。
六高是指高承载能力，高齿面强度，高精度，高速度，高效率和高传动效率，二低是低成本，低噪音；二化即标准化，多样化，在现在机械制造业中广泛应用。
研究、开发、推广成本较低而承载能力又能接近硬齿面的中硬齿面滚齿的新齿形和新结构。
国内多年来使用行之有效的双圆弧齿轮、三环减速器和已成功应用的点线捏合齿轮等技术、应不断完善，大力推广。
加快渐开线行星齿轮减速器的更新换代，扩大其市场占有率。
产品的发展应着重提高内在质量，严格控制材料热处理、几何加工精度和装配实验的质量和稳定性，以提高产品的可靠性和无重大故障的工作寿命。
1.2减速器的主要类型
减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮—蜗杆传动所组成的独立部件。
其主要类型有：
1圆柱齿轮减速器单级、二级。
布置形式：
展开式、分流式、同轴。
2.圆锥齿轮减速器用于输入轴和输出轴位置成相交的场合。
3.蜗杆减速器主要用于传动比i>10的场合，传动比较大时结构紧凑。
其缺点是效率低。
4.齿轮—蜗杆减速器若齿轮传动在高速级，则结构紧凑；若蜗杆传动在高速级，则效率较高。
5.行星齿轮减速器传动效率高，传动比范围广，传动功率12W——50000KW，体积和重量小。
1.3减速器结构
近年来，减速器的结构有些新的变化。
为了和沿用已久、国内目前还在普遍使用的减速器有所区别，这里分列了两节，并称之为传统型减速器结构和新型减速器结构。
传统型减速器结构，绝大多数减速器的箱体是用中等强度的铸铁铸成，重型减速器用高强度铸铁或铸钢。
少量生产时也可以用焊接箱体。
铸造或焊接箱体都应进行时效或退火处理。
大量生产小型减速器时有可能采用板材冲压箱体。
箱体通常由箱座和箱盖两部分所组成，其剖分面则通过传动的轴线。
圆周速度u≤12m/s一15m／s的齿轮减速器广泛采用油池润滑，自然冷却。
为了减少齿轮运动的阻力和油的温升，浸入油中的齿轮深度以1—2个齿高为宜。
速度高的还应该浅些，建议在0．7倍齿高左右，但至少为10mm。
速度低的（0．5m／s一0．8m／s）也允许浸入深些，可达到1／6的齿轮半径；更低速时，甚至可到1／3的齿轮半径。
润滑圆锥齿轮传动时，齿轮浸入油中的深度应达到轮齿的整个宽度。
减速器油池的容积平均可按1kW约需0．35L一0．7L润滑油计算（大值用于粘度较高的油），同时应保持齿轮顶圆距离箱底不低于30mm一50mm左右，以免太浅时激起沉降在箱底的油泥。
一级圆柱齿轮减速器是通过装在箱体内的一对啮合齿轮的转动，动力从一轴传至另一轴，实现减速的，齿轮减速器结构图所示。
动力由电动机通过皮带轮（图中未画出）传送到齿轮轴，然后通过两啮合齿轮（小齿轮带动大齿轮）传送到轴，从而实现减速之目的。
减速器有两条轴系——两条配线，两轴分别由滚动轴承支撑在箱体上，采用过渡配合有较好的同轴度，从而保证齿轮啮合的稳定性。
箱体采用分离式，沿轴线平面分为箱座和箱盖，二者采用螺栓连接，这样便于装修。
为了保证箱体上安装轴承和端盖的孔的正确形状，两个零件是在一起加工的。
装配时，他们之间采用两销定位，销孔做成通孔
第二章减速器的设计图
装配示意图是在机器或部件拆卸过程轴测图所画的记录图样，是绘制装配图和重新进行装配的依据。
它所表达的内容主要是各零件之间的相对位置、装配与连接关系、传动路线和工作情况等。
在全面了解后，可以画出部分装配示意图。
只有在拆卸之后才能显示出零件间的装配关系，因此应该一边拆卸，一边补充、完成装配示意图。
装配示意图的画法没有严格的规定，通常用简单的线条画出零件的大致轮廓。
画装配示意图时，对零件的表达一般不受前后层次的限制，其顺序可以从主要零件着手，依此按装配顺序把其它零件逐个画出。
装配示意图画好后，对各个零件编上序号并列表登记。
应注意图、表、零件标签上的序号、名称要一致。
仔细分析，对所画对象做到心中有数。
在画装配图前，要对现有资料进行整理和分析，进一步搞清装配体的用途、性能、结构特点以及各个组成部分的相互位置和装配关系，对其它完整形状做到心中有数。
确定装配方案。
据装配图的视图和选择原则，确定表达方案。
对减速器表达方案考虑为：
主视图应符合其工作位置，重点表达外形，同时对右边螺栓连接及放油螺塞连接采用局部剖视图，这样不但表达了这两处的装配连接关系，同时对箱体右边和下边壁厚进行了表达，而且油面高度及大齿轮的浸油情况也一目了然；左边可对销钉连接及油标结构进行局部剖视图，表达出这两处的装配连接关系；上边可对透气装置采用局部剖视图，表达个零件的转配关系及该部的结构。
俯视图采用沿结合剖切的画法，将内部的装配关系以及零件之间的相互位置清晰地表达出来，同时也表达出齿轮的啮合情况、回油槽的形状以及轴承的润滑情况。
左视图可采用外形图或局部视图，主要表达外形。
可以考虑在其上作局部剖视图，表达出安装孔的内部结构，以便于标注安装尺寸。
另外，还可用局部视图表达出螺栓台的形状。
建议用A1图幅，1：
1比例绘制。
画装配图时应搞清装配体上各个结构及零件的装配关系，下面介绍该减速器的有关结构：
1.两轴系结构由于采用直齿圆柱齿轮，不受轴向力，因此两轴均由滚动轴承支承。
轴向位置由端盖确定，而端盖嵌入箱体上对应槽中，两槽对应轴上装有八个零件，其尺寸96等于各零件尺寸之和。
为了避免积累误差过大，保证装配要求，轴上各装有一个调整环，装配时修磨该环的厚度g使其总间隙达到要求0.1±。
因此，几台减速器之间零件不要互换，测绘过程中各组零件切勿放乱。
2.油面观察结构，避免通过油面指示片上透明玻璃的刻线，可看到油池中储油的高度。
当储油不足时，应加油补足，保证齿轮的下部浸入油内，从而满足齿轮啮合和轴承的润滑。
油面观察结构的画法见图2-4，垫片厚1mm，剖面可涂黑。
箱体上安装油面指示片结构的螺孔不能钻通机油向外渗漏。
3.油封装置轴从透盖孔中伸出，该孔与轴之间留有一定间隙。
为了防止油向外渗漏和灰尘进入箱体内，端盖内装有毛毡密封圈，此圈应紧紧套在轴上。
4.透气装置当减速器工作时，由于磨擦而产生热，箱体内温度就会升高而引起挥发气体热膨胀，导致箱体内压力增高。
因此，在顶部设计有透气装置，通过通气塞的小孔使箱体内的热量能够排出，从而避免箱体内的压力增高。
5.轴套的作用及尺寸轴套用于齿轮的轴向定位，它是空套在轴上的，因此内孔应大于轴径。
齿轮端面必须超出轴肩，以确定齿轮与轴套接触，从而保证齿轮轴向位置的固定。
螺塞的作用及尺寸放油螺塞用于清洗放油，其螺孔应低于油池底面，以便放尽机油。
第三章减速器的设计参数
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。
2.电动机容量的选择工作机所需功率、电动机的输出功率、电动机转速的选择初选为同步转速为1000r/min的电动机。
3.电动机型号的确定为了选择合适的型号，应熟知机械传动的有关知识。
根据工作机的负载和所需的速度计算减速器的传动比和输出转矩，根据载荷类型、起动频率和运行时间确定使用系数，最后由产品样本选定减速电机。
原始数据：
运输带的工作拉力F=0.2KN；带速V=2.0m/s；滚筒直径D=400mm（滚筒效率为0.96）。
工作条件：
预定使用寿命8年，工作为二班工作制，载荷轻。
工作环境：
室内灰尘较小，环境最高温度35°。
动力来源：
电力，三相交流380/220伏。
关于电动机的选择标准：
电动机类型的选择、电动机功率选择、确定电动机型号。
1.总传动比：
。
2.分配各级传动比:
取i带=3∵i总=i齿×i带π
∴。
1.计算各轴转速（r/min）。
nI=nm/i带=1420/3=473.33（r/min），nII=nI/i齿=473.33/3.89=121.67（r/min）滚筒nw=nII=473.33/3.89=121.67（r/min）。
2.计算各轴的功率（KW）。
。
3.计算各轴转矩。
Td=9.55Pd/nm=9550×2.76/1420=18.56N•m，TI=9.55p2入/n1=9550x2.64/473.33=53.26N•m。
第四章轴的设计
设计轴的一般步骤为：
选择轴的材料、初步确定轴的直径、轴的结构设计。
主要的原则是：
轴的结构越简单越合理，装配越简单越合理。
如图所示为一级齿轮减速器中的的高速轴。
轴上与轴承配合的部份称为轴颈，与传动零件配合的部份称为轴头，连接轴颈与轴头的非配合部份称为轴身，起定位作用的阶梯轴上截面变化的部分称为轴肩。
轴结构设计的基本要求有：
1.便于轴上零件的装配轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。
2.保证轴上零件的准确定位和可靠固定
3.具有良好的制造和装配工艺性轴为阶梯轴便于装拆、轴上沿长度方向开有几个键槽时，应将键槽安排在轴的同一母线上。
4.减小应力集中，改善轴的受力情况轴大多在变应力下工作，结构设计时应减少应力集中，以提高轴的疲劳强度，尤为重要。
轴截面尺寸突变处会造成应力集中，所以对阶梯轴，相邻两段轴径变化不宜过大，在轴径变化处的过渡圆角半径不宜过小。
4.3按扭转强、合成强度及刚度的计算
这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度。
如果还受不大的弯矩时，则采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。
并且应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。
在进行轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。
对于不大重要的轴，也可作为最后计算结果。
通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸、轴上零件的位置以及外载荷和支反力的作用位置已确定，对于钢制的轴，按第三强度理论，强度条件为：
设计公式：
（mm）
轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。
若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。
轴的弯曲刚度是以挠度y或偏转角θ以及扭转角ф来度量，其校核公式为：
y≤[y];θ≤[θ];ф≤[ф]。
式中：
[y]、[θ]、[ф]分别为轴的许用挠度、许用转角和许用扭转角。
查得C=118（低速轴弯矩较大），由公式
取高速轴的直径d=45mm。
2.求作用在齿轮上的力
齿轮分度圆直径为
齿轮所受的转矩为
圆周力
径向力
轴向力
水平支反力
垂直支反力
3.画弯矩图
a水平面内弯矩图M（图b）
截面c
b垂直面内弯矩图MC（图c）
图c
截面c
c合成弯矩
（图d）
d画扭矩图（图e）
又根据
查得
则
e绘当量弯矩图（图f）
查得C=118（低速轴弯矩较大），由公式
取高速轴的直径d=60mm。
2.求作用在齿轮上的力
齿轮分度圆直径为
齿轮所受的转矩为
圆周力
径向力
轴向力
3.计算支反力
水平支反力
垂直支反力
1.查表
得C=118，由公式
取高速轴的直径d=75mm。
2.求作用在齿轮上的力
齿轮分度圆直径为
齿轮所受的转矩为
圆周力
径向力
轴向力
初定最小直径，选用材料45δ钢，调质处理。
取A0=112（不同）。
则Rmin=A0=16.56mm。
最小轴径处有键槽，Rmin’=1.07dmin=17.72mm。
最小直径为安装联轴器外半径，取KA=1.7，同上所述已选用TL4弹性套柱联轴器，轴孔半径R=20mm。
取高速轴的最小轴径为R=20mm。
由于轴承同时受径向和轴向载荷，故选用6300滚子轴承按国标T297-94D*d*T=17.25。
轴承处轴径d=36mm，高速轴简图如下：
取L1=38+46=84mm,取挡圈直径D=43mm,取d2=d4=54mm,d3=67mm,d1=d5=67mm。
联轴器用键：
圆头普通平键。
B*h=6*6,长L=91mm。
齿轮用键：
同上。
B*h=6*6,长L=10mm,倒角为2*45度。
中间轴简图如下：
初定最小直径dmin=20mm。
选用6303轴承：
d*D*T=25*62*18.25，d1=d6=25mm,取L1==26mm,L2=19，L4=120mm,d2=d4=35mm,L3=12mmD3=50mm,d5=30mm,L5=1.2*d5=69mm，L6=55mm
齿轮用键：
圆头普通键，b*h=12*8,长L=61mm
4.5.3低速轴设计
设计原理是选取初定最小直径和小轴径处有键槽，时选取圆头普通键。
由于减速器中，最容易出现损坏的轴为高速轴，故在进行轴的校验的时候，只需对高速轴进行校验。
第五章联轴器的选择
联轴器是将两轴轴向联接起来并传递扭矩及运动的部件并具有一定的补偿两轴偏移的能力，为了减少机械传动系统的振动、降低冲击尖峰载荷，联轴器还应具有一定的缓冲减震性能。
联轴器有时也兼有过载安全保护作用。
刚性联轴器：
刚性联轴器不具有补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减震性能；但结构简单，价格便宜。
只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被联两轴轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。
挠性联轴器：
具有一定的补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，最大量随型号不同而异。
无弹性元件的挠性联轴器：
承载能力大，但也不具有缓冲减震性能，在高速或转速不稳定或经常正、反转时，有冲击噪声。
适用于低速、重载、转速平稳的场合。
安全联轴器：
在结构上的特点是，存在一个保险环节（如销钉可动联接等），其只能承受限定载荷。
当实际载荷超过事前限定的载荷时，保险环节就发生变化，截断运动和动力的传递，从而保护机器的其余部分不致损坏，即起安全保护作用。
起动安全联轴器：
除了具有过载保护作用外，还有将机器电动机的带载起动转变为近似空载起动的作用。
联轴器选择原则：
转矩T：
对中性：
对中性好选刚性联轴器，需补偿时选挠性联轴器；
装拆：
考虑装拆方便，选可直接径向移动的联轴器；
环境：
若在高温下工作，不可选有非金属元件的联轴器；
成本：
同等条件下，尽量选择价格低，维护简单的联轴器；
5.4联轴器的材料选择
半联轴器的材料常用45、20Cr钢，也可用ZG270—500铸钢。
链齿硬度最好为40HRC一45HRC。
联轴器应有罩壳，用铝合金铸成。
用单排链时，滚子和套筒受力，销轴只起联接作用，结构可靠性好；用双排链时，销轴受剪力，承受冲击能力较差，销轴与外链板之间的过盈配合容易松动。
在高速轻载场合，宜选用较小链节距的链条，重量轻，离心力小；在低速重载场合，宜选用较大链节距的链条，以便加大承载面积。
链轮齿数一般为12~22。
为避免过渡链节，宜取偶数；
1.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。
2.滚动轴承的润滑。
由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。
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.密封方法的选取。
选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。
总结
由本次的机械设计，我了解机械传动装置的原理及参数搭配。
学习运用多种工具，比如CAD等，直观的呈现在平面图上。
还对圆柱齿轮减速器的设计，对齿轮减速器有个简单的了解与认知。
齿轮减速器是机械传动装置中不可缺少的一部分。
机械传动装置在不断的使用过程中，会不同程度的磨损，因此要经常对机械予以维护和保养，延长其使用寿命，高效化的运行，提高的性能。
参考文献
[1].刘凤.机械制图[M].北京：
机械工业业出版社。
2002
[2].周军.刘晓飞<<机械设计基础课程
[3].李娜.《机械设计基础
[4].郭慧慧.《机械设计课程图册
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[6]朱周.水利机械基础[M].杭州：
大连理工出版社，1996.
[7]张全杰.机械制图集[M].广州：
浙江大学出版社，1993.
[8]刘小飞，吴天河.齿轮设计与维护[M].大连：
大连理工出版社，1995.
致谢
本次设计，历尽千辛万苦。
本设计在周彦云、宿宝龙、刘小兰老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着老师的心血和汗水，在三年的大学学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。
在此向周彦云、宿宝龙、刘小兰老师表示深深的感谢和崇高的敬意。
不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。
正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向包头轻工职业技术学院，机电工程系的全体老师表示由衷的谢意。
感谢他们三年来的辛勤栽培。
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