两级斜齿圆柱齿轮减速器结构设计和三维实体设计

两级斜齿圆柱齿轮减速器结构设计和三维实体设计

山东交通学院

2010届毕业生毕业设计

任务书

题目：两级斜齿圆柱齿轮减速器结构设计和三维实体设计

完成日期：2010 年月日

设计任务书

3.减速器装配图一张、零件图三张（其中一张为手工绘图）。

4.三维实体设计图一张。

5.光盘一张（含全部设计资料）。

专业负责人签章：

年月日发题时间：年月日

预计完成时间：年月日

毕业设计开题报告书

题目：两级斜齿圆柱齿轮减速器结构设计和三维实体设计

专业：机械设计制造及其自动化

班级：机械063

学号：060611328

姓名：王飞

指导教师：张秀芳

年月日

开题报告书

第一页

开题报告书

第二页

一、毕业设计相关软件Solidworks简介

Solidworks公司是专业从事三维机械设计、工程分析和产品数据管理软件开发和营销的跨国公司，其软件产品Solidworks提供一系列的三维（3D）设计产品，帮助设计师减少设计时间，增加精确性，提高设计的创新性，并将产品更快推向市场。

Solidworks软件组成：

?2D到3D转换工具

将2D工程图拖到SolidWorks工程图中的功能；支持包括外部参考的可重复使用2D几何；视图折叠工具，可以从DWG资料产生3D模型。

?内置零件分析

测试零件设计，分析设计的完整性。

?机器设计工具

具有整套熔接结构设计和文件工具，以及完全关联的钣金功能。

?模具设计工具

测试塑料射出制模零件的可制造性。

?消费产品设计工具

保持设计中曲率的连续性，以及产品薄壁的内凹零件，可加速消费性产品的设计。

?对现成零组件的线上存取

让3D CAD系统使用者透过市场上领先的线上目录使用现在的

零组件。

?模型组态管理

在一个文件中产生零件或零组件模型的多个设计变化，简化设计的重复使用。

?零件模型建构

利用伸长、旋转、薄件特征、进阶薄壳、特征复制排列和钻孔来产生设计。

?曲面设计

使用有导引曲线的叠层拉伸和扫出产生复杂曲面、填空钻孔，拖曳控制点以进行简单的相切控制。直观地修剪、延伸、图化、缝织曲面、缩放和复制排列曲面。

二、研究该齿轮减速器的目的、意义

齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。当前减速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问题。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。目前，超小型的减速器的研究成果尚不明显。在医疗、生物工程、机器人等领域中，微型发动机已基本研制成功，美国和荷兰近期研制的分子发动机的尺寸在纳米级范围，如能辅以纳米级的减速器，则应用前景远大。

1.国外减速器现状

国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。最近报导，日本住友重工研制的FA型高精度减速器，美国

Alan-New ton公司研制的X-Y式减速器，在传动原理和结构上与本项目类似或相近，都为目前先进的齿轮减速器。

2.国内减速器现状

国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。

国内使用的大型减速器（500kw以上），多从国外（如丹麦、德国等）进口，花去不少的外汇。60年代开始生产的少齿差传动、摆线针轮传动、谐波传动等减速器具有传动比大，体积小、机械效率高等优点。但受其传动的理论的限制，不能传递过大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。90年代初期，国内出现的三环（齿轮）减速器，是一种外平动齿轮传动的减速器，它可实现较大的传动比，传递载荷的能力也大。它的体积和重量都比定轴齿轮减速器轻，结构简单，效率亦高。由于该减速器的三轴平行结构，故使功率/体积（或重量）比值仍小。且其输入轴与输

出轴不在同一轴线上，这在使用上有许多不便。北京理工大学研制成功的"内平动齿轮减速器"不仅具有三环减速器的优点外，还有着大的功率/重量（或体积）比值，以及输入轴和输出轴在同一轴线

上的优点，处于国内领先地位。国内有少数高等学校和厂矿企业对平动齿轮传动中的某些原理做些研究工作，发表过一些研究论文，在利用摆线齿轮作平动减速器开展了一些工作。

平动齿轮减速器工作原理简介,平动齿轮减速器是指一对齿轮传动中，一个齿轮在平动发生器的驱动下作平面平行运动，通过齿廓间的啮合，驱动另一个齿轮作定轴减速转动，实现减速传动的作用。平动发生器可采用平行四边形机构，或正弦机构或十字滑块机

构。本成果采用平行四边形机构作为平动发生器。平动发生器可以是虚拟的采用平行四边形机构，也可以是实体的采用平行四边形机构。有实用价值的平动齿轮机构为内啮合齿轮机构，因此又可以分为内齿轮作平动运动和外齿轮作平动运动两种情况。外平动齿轮减速机构，其内齿轮作平动运动，驱动外齿轮并作减速转动输出。该机构亦称三环（齿轮）减速器。由于内齿轮作平动，两曲柄中心设置在内齿轮的齿圈外部，故其尺寸不紧凑，不能解决体积较大的问题。内平动齿轮减速，其外齿轮作平动运动，驱动内齿轮作减速转动输出。由于外齿轮作平动，两曲柄中心能设置在外齿轮的齿圈内部，大大减少了机构整体尺寸。由于内平动齿轮机构传动效率高、体积小、输入输出同轴线，故由广泛的应用前景。

平动齿轮减速器项目的技术特点与关键技术 1.本项目的技术

特点,本新型的"内平动齿轮减速器"与国内外已有的齿轮减速器相

比较，有如下特点：（1）传动比范围大，自I=10起，最大可达几千。若制作成大传动比的减速器，则更显示出本减速器的优点。（2）传递功率范围大：并可与电动机联成一体制造。（3）结构简单、体积小、重量轻。比现有的齿轮减速器减少1/3左右。（4）机械效率高。啮合效率大于95%，整机效率在85%以上，且减速器的效率将不随传动比的增大而降低，这是别的许多减速器所不及的。（5）本减速器的输入轴和输出轴是在同一轴线上。

市场需求分析 1.市场需求前景：平动齿轮减速器由于体积小，重量轻，传动效率高，将会节省可观的原料和能源。因此，本减速器是一种节能型的机械传动装置，也是减速器的换代产品。本减速器可广泛应用于机械，冶金、矿山、建筑、航空、军事等领域。特别在需要较大减速比和较大功率的各种传动中有巨大的市场和应用价值。 2.社会经济效益?现有的各类减速器多存在着消耗材料和能源较多，对于大传动比的减速器，该问题更为突出。而本新型减速器具有独特的优点。由于减速装置在各部门中使用广泛，因此，

人们都十分重视研究这个基础部件。不论在减小体积、减轻重量、提高效率、改善工艺、延长使用寿命和提高承载能力以及降低成本等等方面，有所改进的话，都将会促进资源（包括人力、材料和动力）的节省。可以预见，本新型减速器在国内外市场中的潜力是很大的，特别是我国超大型减速器（如水泥生产行业，冶金，矿山行业都需要超大型减速器）大多依靠进口，而本减速器的一个巨大优势就是可以做超大型的减速器，完全可以填补国内市场的空白，并将具有较大的经济效益和社会效益。

三、熟悉减速器的工作原理、分类及组成

原理：明阐述就是降低转速，增大扭矩，减小惯量齿轮减速机是利用各级齿轮传动来达到降速的目的.减速器就是由各级齿轮副组成的.比如用小齿轮带动大齿轮就能达到一定的减速的目的,再

采用多级这样的结构,就可以大大降低转速了.

齿轮减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机.内燃机或其它高速运转的动力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。

齿轮减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将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。

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。

减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。

分类：照传动类型可分为齿轮减速机、蜗杆减速机和行星齿轮减速机；按照传动级数不同可分为单级和多级减速机；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥－圆柱齿轮减速机；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速机。以下是常用的减速机分类：1、摆线减速机2、硬齿面圆柱齿轮减

速器3、行星齿轮减速机4、软齿面减速机5、三环减速机6、起重机减速机7、蜗杆减速机8、轴装式硬齿面减速机9、无级变速机

组成：速器主要由传动零件（齿轮或蜗杆）、轴、轴承、箱体及其附件所组成。其基本结构有三大部分：1）齿轮、轴及轴承组合；2）箱体；3）减速器附件。

四、减速器结构设计及传动尺寸设计计算

一、运动简图

图1

1—电动机2—V带3—齿轮减速器4—联轴器5—滚筒6—输送带

二、工作条件

该装置单向传送,载荷稍有波动，多灰尘，小批量，两班制工作,使用期限10年(每年按300天计算)。

三、原始数据

滚筒直径D（mm）：450

运输带速度V（m/s）：0.28

滚筒周围力F（N）：12000

滚筒长度L(mm)：800

四、设计说明书内容

1 电动机选择

2 主要参数计算

3 V带传动的设计计算

4 减速器斜齿圆柱齿轮传动的设计计算

5 轴的设计计算及校核

6.箱体结构的设计

7. 润滑密封设计

8 参考文献

1 电动机选择

(1)选择电动机类型

按工作要求和条件，选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V.

(2)选用电动机容量

n w =（60×1000）v/πD=11.89r/min

P w=FV/1000=3.36kw

V带传动效率η1=0.96滚动轴承效率η2=0.99 ，闭式齿轮传动效率η3=0.97 ，联轴器效率η4=0.99 ，传功滚筒效率η5=0.96,

其中总效率为

32

320.960.990.970.990.960.833

v ηηηηηη=????=????=带轴承齿轮联轴滚筒

P d =P w /η=4.034kw 选用电动机额定功率为4kw 通常，V 带传动的传动比范围为2

到4，二级圆柱齿轮减速器

为8到40，则总传动比的范围为16到160，故电动机转速可选范围为：

n 1d =(16~160)×11.89=190~1900r/min.

符合这一范围的同步转速有750 r/min 、 1000 r/min 、 1500 r/min 现以这三种对比查表可得Y132M-6符合要求,故选用它。

Y132M-6 (同步转速1000r/min )的相关参数 表1 额定功率 满载转速 电动机质量

价格

传动比

4.0k w 960r/min

75kg

1443 元

i

2. 主要参数的计算

(1)确定总传动比和分配各级传动比

传动装置的总传动比i a =n m /n w =960/11.89=80.74

取V 带传动单级传动比i 01=2.8，减速器的总传动比i 为：i=i a /i 01=28.836

i 12=(1.4i )1/2=6.354 i 23=i/i 12=4.538

初分传动比为

i 1=2.8，i 2=

6.354

，i v 带=

4.538

(2)计算传动装置的运动和动力参数

本装置从电动机到工作机有三轴，依次为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ轴，则

1、各轴转速

n 1=n m /i w =343 r /min

n 2=n 1/i 1=54 r /min

n 3=n 2/i 2= 11.9 r /min 2、各轴功率

P 1=P d η01=P d ×ηv 带= 4.0 × 0.96=3.84kw

P 2=P 1η12=P 1×η轴承×η齿轮=3.84× 0.99×0.97=3.69 kw P 3=P 2η23=P 2×η轴承×η齿轮= 3.69× 0.99×0.97=3.54kw

3、各轴转矩

T d =9550P d /n d =40.1N.m T 1=T d i 带η01=107.79 N.m

187.542 4.2430.990.97356.695T T i N m η==???=?ⅡⅠ

ⅠⅡ

T 2=T 1i 1η12=657.7 N.m

2356.695 3.0310.990.971038.221T T i N m

η==???=?ⅢⅡⅡⅢ

T 3=T 2i 2η23=2866.15 N.m

表2

传动比

3. V 带传动的设计计算

(1)确定计算功率ca P

查表可得工作情况系数 1.2A k = 故P ca =k A ×

P= 1.2×

4.0=4.8 kw (2)选择V 带的带型

根据ca P n 、，由图可得选用A 型带。

(3)确定带轮的基准直径d d 并验算带速v

1、初选小带轮的基准直径1d d 。

查表8-6和8-8可得选取小带轮的基准直径d d1= 125 mm

2、验算带速v 按计算式验算带的速度

v=πd d1n/60×1000= 6.28s

因为530m s v m s <<，故此带速合适。 3、计算大带轮的基准直径2d d 按式(8-15a)计算大带轮的基准直径d d2=i v 带d d1=2.8×125=350mm 根据

教材表8-8，圆整得d d2= 355mm

。

(4)确定V 带的中心距a 和基准直径d L

（

1

）

按

计

算

式

初

定

中

心

距

0500a mm =

12012(0.7()2())d d d d d d a d d +≤≤+

（2）按计算式计算所需的基准长度

2

2100120

()2()24d d d d d d d L a d d a π

-≈+++

=1644mm

查表可选带的基准长度L d =1600mm

（3）按计算式计算实际中心距a a ≈a 0+(L d ?L d 0)= 452mm

(5)验算小带轮上的包角1α

()

12157.3

180150.8120d d d d a

α≈--=≥ (6)计算带的根数

由1125.960min d d mm n r ==查表可得 1.37P kw =

根据960min , 2.8n r i ==和A 型带，查表可得00.11P kw ?=、

0.92k α=、0.99L k =。

()00 3.56ca

L

P P P k k αZ =

=+? 故取V 带根数为4根

4 减速器斜齿圆柱齿轮传动的设计计算

(1)高速级齿轮

1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

（1）按图所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。

（2）运输装置为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。 （3）材料选择：查表可选择小齿轮材料为40Cr (调质)，硬度为280HBS ；大齿轮材料为45钢(调质)，硬度为240HBS ，二者材料硬度差为40HBS 。

（4）选小齿轮齿数120Z =

，大齿轮齿数2 4.2432085Z =?=，取

285Z =

（5）选取螺旋角，初选螺旋角14β=

2、按齿面接触强度设计，按计算式试算即

1t d ≥

（1）确定公式内的各计算数值

①因为原动机为电机所以试选 1.6t k =，由图10-2610.740αε=，

20.820αε=则有12 1.560αααεεε=+=

②小齿轮传递转矩

1107.79T N m

=

③查图10-30可选取区域系数 2.433H Z = 查表10-7可选取齿宽系数1d Φ=

④查表10-6可得材料的弹性影响系数12

189.8E Z MP =。

⑤查图10-21d 得按齿面硬度选取小齿轮的接触疲劳强度极限

lim1600H a MP σ=，大齿轮的接触疲劳强度极限lim 2550H a MP σ=。

⑥按计算式计算应力循环次数

()81160603431283005 4.93910h N n jL ==??????=?

8

82 4.939100.777106.354

N ?==?

⑦查图可选取接触疲劳寿命系数1 1.02HN k =，2 1.12HN k =。 ⑧计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，安全系数1S =，按计算式(10-12)得

[]1lim1

1 1.02600612HN H H a k MP S

σσ=

=?= []2lim2

2 1.12550616HN H H a k MP S

σσ=

=?=

（2）计算相关数值

①试算小齿轮分度圆直径1t d ，由计算公式得

[][][]12

612616

6142

2

H H H a

MP σσσ++=

=

=