基于圓柱三級(jí)齒輪減速器的設(shè)計(jì)

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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 論文題目：三級(jí)圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)與分析 學(xué) 院： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 完成日期： 2016年3月18 目　　錄 摘要....................................................................................................3 第一章 圓柱齒輪減速器簡介........................................................................6 第二章 三級(jí)圓柱齒輪減速器總體設(shè)計(jì)......................................................9第三章 三級(jí)圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)要求.......................................................10 第四章 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算...................................................13 4.1 選擇電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)比的分配..................................................................13 4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算............................................................13 第五章 齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算與校核.......................................................................15 第六章 軸的設(shè)計(jì)...........................................................................................25 第七章 滾動(dòng)軸承的校核...............................................................................31 第八章 箱體的設(shè)計(jì)計(jì)算...............................................................................33 第九章 三級(jí)圓柱齒輪減速器的有限元分析...............................................35 9.1 Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸、Ⅳ軸的有限元分析...................................................35 9.2 齒輪的有限元分析.............................................................................37 第十章 三級(jí)圓柱齒輪減速器仿真分析.......................................................39 總 結(jié).............................................................................................................40 參考文獻(xiàn).........................................................................................................42 謝 辭.............................................................................................................43 附錄（二維圖、三維圖、仿真圖） 1 摘要 在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩作用的就是減速機(jī)，它相對(duì)來說比較精密。使用的目的是降低機(jī)器的轉(zhuǎn)速，增加機(jī)器的轉(zhuǎn)矩。它是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)、齒輪-蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常常用在原動(dòng)件與工作機(jī)之間的減速裝置 。在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間擔(dān)任著不可小覷的作用，在機(jī)械中有極為廣泛的應(yīng)用。它是工業(yè)諸多領(lǐng)域的機(jī)械傳動(dòng)裝置，行業(yè)涉及的產(chǎn)品類別包括了各類齒輪減速機(jī)、行星齒輪減速機(jī)及蝸桿減速機(jī)，也包括了各種專用裝置，如增加速度的裝置、調(diào)節(jié)速度的裝置、還有包括柔性傳動(dòng)裝置在內(nèi)的各類傳動(dòng)裝置等。按照級(jí)數(shù)可分為單級(jí)和多級(jí)減速機(jī)；按照形狀可分為圓柱齒減速機(jī)、圓錐齒減速機(jī)和圓錐－圓柱齒引輪減速機(jī)；按照分布形式又可分為展開式、分流式和同進(jìn)軸式減速機(jī)。 我們國家的減速機(jī)行業(yè)發(fā)展歷史已接近40年，無論是在那種工業(yè)中，減速機(jī)產(chǎn)品都有著廣泛的應(yīng)用。各類行業(yè)都對(duì)它有及其大的誘惑。因?yàn)闃O大的市場需求才催生了激烈的行業(yè)競爭。在殘酷的市場競爭中，減速機(jī)行業(yè)必須加快淘汰已經(jīng)落后的產(chǎn)能，大力發(fā)展高效節(jié)能的產(chǎn)品，充分利用國家節(jié)能型產(chǎn)品惠民工程政策機(jī)遇，產(chǎn)品更新的力度要加大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要調(diào)整，也要關(guān)注國家產(chǎn)業(yè)政策，用以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，讓行業(yè)保持良好的發(fā)展勢頭。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是三級(jí)圓柱齒輪減速器，并對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析。 關(guān)鍵詞 ： 減速器 設(shè)計(jì) 分析 Abstract Including many, often by a torque of reducer is in the original motivation and working machine or execution mechanism between matching speed and torque transfer function, it is relatively more sophisticated. To reduce the machine speed, increase the machine. It is enclosed in a rigid shell body of the gear transmission, gear - worm transmission, which is composed of independent components used in the motivity and work machine deceleration device. In the original motivation and working machine as a force to be reckoned with in machinery has a very extensive application. It is an industrial area of mechanical transmission device, the industry involved in the products of all kinds of gear reducer, planetary gear reducer and cochlear Rod reducer, including the various special equipment, such as increase the speed of the device and speed regulating device, including flexible transmission device, including all kinds of transmission device. According to the series can be divided into single stage and multi-stage reducers; divided according to the shape of cylindrical gear, circular bevel gear reducer and cone cylindrical gear lead wheel reducer; according to the distribution form and can be divided into type, shunt type and the same shaft type speed reducer. Our countrys reducer industry development history is close to 40 years, both in that industry, reducer products are widely applied. Industry of of all kinds are to have and the temptation. Because of the great market demand it gave birth to the fierce competition in the industry. In the fierce market competition, the reducer industry must accelerate the elimination of backwardness has production capacity, vigorously develop energy-efficient products, make full use of the national energy-saving products Huimin project policy opportunities, by the strength of product updates to increase, product structure to adjust, but also should pay attention to the national industrial policy, to deal with the complicated and changeable economic environment that will allow the industry to maintain the good momentum of development. Design and design of the three cylindrical gear reducer, and its stress analysis. Key words: reducer design analysis 第一章 緒論 減速機(jī)（如圖1.1）是一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在各式機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)中幾乎都可以見到它的蹤跡。減速機(jī)已經(jīng)深入到我們生活的每一部分。不管是交通工具還是工業(yè)生產(chǎn)，都有用到它。由此可見減速機(jī)的重要性。尤其是在工業(yè)和制造業(yè)中，得到了廣泛的應(yīng)用。無論是大功率的傳動(dòng)系統(tǒng)還是小功率的精密儀器，都離不開減速器。它具有較好的轉(zhuǎn)換性能，因此廣泛應(yīng)用在速度與扭矩的轉(zhuǎn)換設(shè)備。它利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到我們所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，而且能夠得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。國際目前用于傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，它的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。它的功能主要是（1）能夠同時(shí)降速并且提高輸出扭矩，扭矩輸出的比例按照電機(jī)的輸出乘減速比。（2）減速同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。 它的工作原理 : 它一般用于轉(zhuǎn)速較低扭矩較大的機(jī)構(gòu)。減速機(jī)相對(duì)來說比較精密，使用它的目的是降低機(jī)器的轉(zhuǎn)速，增加機(jī)器的轉(zhuǎn)矩。按照形狀可分為圓錐齒減速機(jī)和圓錐－圓柱齒引輪減速機(jī)；按照分布形式又可分為分流式和同進(jìn)軸式減速機(jī)；按照級(jí)數(shù)可分為單級(jí)和多級(jí)減速機(jī)。以下是常用分類：（1）擺線針輪減速機(jī)（2）硬齒面圓柱齒輪減速器（3）行星齒輪減速機(jī)（4）軟齒面減速機(jī)（5）三環(huán)減速機(jī)（6）蝸桿減速機(jī)等等。把機(jī)器高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過減速機(jī)輸入軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的，普通的減速機(jī)也會(huì)有幾對(duì)相同原理齒輪達(dá)到理想的減速效果。減速器主要由傳動(dòng)零件(齒輪或蝸桿)、軸、軸承、箱體及其附件所組成。其基本結(jié)構(gòu)有三大部分： 1、齒輪、軸及軸承組合;小齒輪與軸制成一體，稱齒輪軸，這種結(jié)構(gòu)用于齒輪直徑與軸的直徑相關(guān)不大的情況下，如果軸的直徑為d，齒輪齒根圓的直徑為df，則當(dāng)df-d≤6～7mn時(shí)，應(yīng)采用這種結(jié)構(gòu)。而當(dāng)df-d>6～7mn時(shí)，采用齒輪與軸分開為兩個(gè)零件的結(jié)構(gòu)，如低速軸與大齒輪。此時(shí)齒輪與軸的周向固定平鍵聯(lián)接，軸上零件利用軸肩、軸套和軸承蓋作軸向固定。兩軸均采用了深溝球軸承。這種組合，用于承受徑向載荷和不大的軸向載荷的情況。當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，應(yīng)采用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承或深溝球軸承與推力軸承的組合結(jié)構(gòu)。軸承是利用齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)濺起的稀油，進(jìn)行潤滑。箱座中油池的潤滑油，被旋轉(zhuǎn)的齒輪濺起飛濺到箱蓋的內(nèi)壁上，沿內(nèi)壁流到分箱面坡口后，通過導(dǎo)油槽流入軸承。當(dāng)浸油齒輪圓周速度υ≤2m/s時(shí)，應(yīng)采用潤滑脂潤滑軸承，為避免可能濺起的稀油沖掉潤滑脂，可采用擋油環(huán)將其分開。為防止?jié)櫥土魇Ш屯饨缁覊m進(jìn)入箱內(nèi)，在軸承端蓋和外伸軸之間裝有密封元件。2、箱體;箱體是減速器的重要組成部件。它是傳動(dòng)零件的基座，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。箱體通常用灰鑄鐵制造，對(duì)于重載或有沖擊載荷的減速器也可以采用鑄鋼箱體。單體生產(chǎn)的減速器，為了簡化工藝、降低成本，可采用鋼板焊接的箱體。 灰鑄鐵具有很好的鑄造性能和減振性能。為了便于軸系部件的安裝和拆卸，箱體制成沿軸心線水平剖分式。上箱蓋和下箱體用螺栓聯(lián)接成一體。軸承座的聯(lián)接螺栓應(yīng)盡量靠近軸承座孔，而軸承座旁的凸臺(tái)，應(yīng)具有足夠的承托面，以便放置聯(lián)接螺栓，并保證旋緊螺栓時(shí)需要的扳手空間。為保證箱體具有足夠的剛度，在軸承孔附近加支撐肋。為保證減速器安置在基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性并盡可能減少箱體底座平面的機(jī)械加工面積，箱體底座一般不采用完整的平面。3、減速器附件; 為了保證減速器的正常工作，除了對(duì)齒輪、軸、軸承組合和箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給予足夠的重視外，還應(yīng)考慮到為減速器潤滑油池注油、排油、檢查油面高度、加工及拆裝檢修時(shí)箱蓋與箱座的精確定位、吊裝等輔助零件和部件的合理選擇和設(shè)計(jì)。1）檢查孔為檢查傳動(dòng)零件的嚙合情況，并向箱內(nèi)注入潤滑油，應(yīng)在箱體的適當(dāng)位置設(shè)置檢查孔。檢查孔設(shè)在上箱蓋頂部能直接觀察到齒輪嚙合部位處。平時(shí)，檢查孔的蓋板用螺釘固定在箱蓋上。2)通氣器減速器工作時(shí)，箱體內(nèi)溫度升高，氣體膨脹，壓力增大，為使箱內(nèi)熱脹空氣能自由排出，以保持箱內(nèi)外壓力平衡，不致使?jié)櫥脱胤窒涿婊蜉S伸密封件等其他縫隙滲漏，通常在箱體頂部裝設(shè)通氣器。3)軸承蓋為固定軸系部件的軸向位置并承受軸向載荷，軸承座孔兩端用軸承蓋封閉。軸承蓋有凸緣式和嵌入式兩種。利用六角螺栓固定在箱體上，外伸軸處的軸承蓋是通孔，其中裝有密封裝置。凸緣式軸承蓋的優(yōu)點(diǎn)是拆裝、調(diào)整軸承方便，但和嵌入式軸承蓋相比，零件數(shù)目較多，尺寸較大，外觀不平整。4)定位銷為保證每次拆裝箱蓋時(shí)，仍保持軸承座孔制造加工時(shí)的精度，應(yīng)在精加工軸承孔前，在箱蓋與箱座的聯(lián)接凸緣上配裝定位銷。安置在箱體縱向兩側(cè)聯(lián)接凸緣上，對(duì)稱箱體應(yīng)呈對(duì)稱布置，以免錯(cuò)裝。5)油面指示器檢查減速器內(nèi)油池油面的高度，經(jīng)常保持油池內(nèi)有適量的油，一般在箱體便于觀察、油面較穩(wěn)定的部位，裝設(shè)油面指示器。6)放油螺塞換油時(shí)，排放污油和清洗劑，應(yīng)在箱座底部，油池的最低位置處開設(shè)放油孔，平時(shí)用螺塞將放油孔堵住，放油螺塞和箱體接合面間應(yīng)加防漏用的墊圈。7)啟箱螺釘為加強(qiáng)密封效果，通常在裝配時(shí)于箱體剖分面上涂以水玻璃或密封膠，因而在拆卸時(shí)往往因膠結(jié)緊密難于開蓋。為此常在箱蓋聯(lián)接凸緣的適當(dāng)位置，加工出～2個(gè)螺孔，旋入啟箱用的圓柱端或平端的啟箱螺釘。旋動(dòng)啟箱螺釘便可將上箱蓋頂起。小型減速器也可不設(shè)啟箱螺釘，啟蓋時(shí)用起子撬開箱蓋，啟箱螺釘?shù)拇笮】赏谕咕壜?lián)接螺栓 減速機(jī)的前景非常好。它體現(xiàn)在起重運(yùn)輸設(shè)備行業(yè)對(duì)它的需求前景；國家起重運(yùn)輸設(shè)備制造行業(yè)面臨良好的發(fā)展機(jī)遇。城鎮(zhèn)化加速落實(shí)，催生出龐大的機(jī)械設(shè)備需求，這為起重運(yùn)輸企業(yè)創(chuàng)造了良好的環(huán)境。冶金行業(yè)這幾年，在國家宏觀調(diào)控的指導(dǎo)下，鋼鐵產(chǎn)業(yè)嚴(yán)格控制產(chǎn)能，加快淘汰已經(jīng)落后產(chǎn)能。鋼鐵產(chǎn)業(yè)帶來了挑戰(zhàn)，也帶來了機(jī)遇。水泥機(jī)械作為振興水泥工業(yè)的重要行業(yè)，隨著國家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的政策支持力度以及對(duì)水泥行業(yè)宏觀調(diào)控力度的加大，水泥機(jī)械市場需求增長空間將更為廣闊。它是水泥機(jī)械中的通用機(jī)械設(shè)備，市場景氣度必然隨之上升。起重運(yùn)輸設(shè)備是它應(yīng)用最為廣泛的行業(yè)，該行業(yè)的發(fā)展速度影響著減速機(jī)市場的需求。我國起重運(yùn)輸業(yè)將繼續(xù)保持快速增長。由此，減速機(jī)需求也將得到有效的拉動(dòng)。 如圖1.1三級(jí)減速器裝配圖 第二章 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) 展開式硬齒面圓柱齒輪減速器 如圖2.1主有兩大系列，平行軸系列和垂直軸系列。平行軸減速器是按國家標(biāo)準(zhǔn)(GBl9004—88)生產(chǎn)，它主要包括ZDY(單級(jí))、ZLY(兩級(jí))、ZSY(三級(jí))和ZFY(四級(jí))四大系列，垂直軸減速器是按國家標(biāo)準(zhǔn)(JB/T9002—1999)生產(chǎn)，主要在輸入軸與輸出軸呈垂直方向布置，它主要包括DBY、DCY和DFY三大系列。此次設(shè)計(jì)的是三級(jí)展開式硬齒面圓柱齒輪減速器（ZYS280-25-108）。 減速器的特點(diǎn)是：（1）齒輪傳動(dòng)圓周速度不大于20米/秒；（2）工作環(huán)境40～50℃，如果低于0℃，啟動(dòng)前潤滑油應(yīng)預(yù)熱至0℃以上。同時(shí)，用繪圖軟件進(jìn)行繪制二維裝配圖、軸的的零件圖等等。接下來在用SW對(duì)單個(gè)零件進(jìn)行建模和裝配三級(jí)減速器的同時(shí)仿真出視頻；最后，對(duì)三級(jí)減速器進(jìn)行有限元分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化改善和創(chuàng)新。 圖2.1展開式硬齒面圓柱齒輪減速器 第三章 三級(jí)圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)要求 此次設(shè)計(jì)的三級(jí)減速器是ZSY280-25-108Kw型減速器裝配圖如圖3.1。 圖3.1三級(jí)減速器主裝配圖 圖3.2三級(jí)減速器左裝配圖 圖3.3三級(jí)減速器左裝配圖 此減速機(jī)是三級(jí)展開式圓柱齒輪減速機(jī)，其基本參考數(shù)據(jù)如下所示：齒輪軸Ⅰ：選用45材料、齒數(shù)25、齒寬100mm、模數(shù)為4、螺旋角；齒輪Ⅱ：選用20CrMnT材料、齒數(shù)68、齒寬90mm、模數(shù)為4、螺旋角；齒輪軸Ⅱ：選用45材料、齒數(shù)25、齒寬130mm、模數(shù)為4、螺旋角；齒輪Ⅲ：選用20CrMnT材料、齒數(shù)88、齒寬120mm、模數(shù)為4、螺旋角；齒輪軸Ⅲ：選用45材料、齒數(shù)25、齒寬148mm、模數(shù)為6、螺旋角；齒輪Ⅲ：選用20CrMnT材料、齒數(shù)66、齒寬138mm、模數(shù)為6、螺旋角 原始數(shù)據(jù)為：該減速器低速級(jí)中心距為280mm，總傳動(dòng)比為25，輸出功率為108Kw。機(jī)器壽命為10年，它要每年工作300天，兩班制，基本不出現(xiàn)大的波動(dòng)。 3.2 確定傳動(dòng)方案 傳動(dòng)方案要滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)效率高、工藝性和經(jīng)濟(jì)性好等要求。減速器的機(jī)構(gòu)簡圖如下圖3.5所示： 圖3.4減速器的機(jī)構(gòu)簡圖 第四章 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 4.1 選擇電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)比的分配 標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的容量以額定功率表示，所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)不小于所需工作機(jī)的額定要求的功率。 則工作機(jī)要求的電動(dòng)機(jī)功率為： 其中，Pd——工作機(jī)要求的電動(dòng)機(jī)輸出功率，單位為Kw；η——電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率；Pw——工作機(jī)所需輸入功率，單位為Kw。 該三級(jí)減速器的齒式聯(lián)軸器傳動(dòng)效率 ；圓柱斜齒輪齒輪傳動(dòng)效率 ；滾子軸承的傳動(dòng)效率 故：η=0.990.980.980.980.980.980.980.980.99=0.851 所以，選擇YS6324型電動(dòng)機(jī)，其額定功率是180Kw，空載轉(zhuǎn)速1500 r/min；滿載轉(zhuǎn)速時(shí)1400 r/min。 總傳動(dòng)比公式為，其中i＝25，根據(jù)由該三級(jí)減速器基本參考數(shù)據(jù)的可知： ； ； 。 故：各級(jí)傳動(dòng)比分別為、、。 4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 各軸的轉(zhuǎn)速： 各軸輸入功率： 其中式中，P 、P P、 P分別為相對(duì)應(yīng)軸的功率。 各軸輸入轉(zhuǎn)矩： 式中，T1 、 T2 、T3 、 T4對(duì)應(yīng)軸的轉(zhuǎn)矩 第五章 齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 一級(jí)軸齒輪的設(shè)計(jì) 1. 小齒輪采用45鋼，大齒輪采用20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火，齒面硬度為58～62HRC，7級(jí)精度，Z=25，Z=68，φ= 0.8,β=13 2. 2.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) ①載荷系數(shù) 試選K=1.5 ②小齒輪傳遞取 ③大小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ④應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： ； ⑤彎曲疲勞壽命系數(shù),. ⑥計(jì)算許用彎曲應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，應(yīng)力修正系數(shù)Y=2.0，則 Z ==27.02 Z ==73.51 查表得出： Y=2.62, Y=2.24, Y=1.59，Y=1.75 ⑧因?yàn)? 所以按小齒輪進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 ⑨重合度系數(shù)Y及螺旋角系數(shù)Y Y=0.70 Y=0.86 3. 設(shè)計(jì)計(jì)算 ① =3.46m ②圓周速度: ③計(jì)算載荷系數(shù)K 使用系數(shù)K=1.5，傳動(dòng)載荷系數(shù)K=1.2， 齒間載荷分配系數(shù)K=1.2, 齒間載荷分布系數(shù)K=1.24 ④校正并確定模數(shù)m m==3.46=4.2mm 取mn=4mm 3.計(jì)算齒輪傳動(dòng)幾何尺寸 ①中心距a ②螺旋角 ③齒輪分度圓直徑 ； 。 ④ 齒寬 b=d=0.848.21=82.104mm b=90mm b= b+(5~10)=100mm 4.校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 ① ==1200 Mpa ②K=0.9 K=0.92 ③計(jì)算許用接觸應(yīng)力取S=1 =K/ S=0.91200/1=1080Mpa =K/ S=0.921200/1=1104Mpa =(+)/2=1092Mpa ④節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z=2.44 ⑤重合度系數(shù)Z=0.8 ⑥螺旋角系數(shù)Z==0.987 ⑥材料系數(shù)Z= 189.8 ⑧校核 =2.44189.80.750.992 =926.43 Mpa <=1092Mpa 故，滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求。 第二級(jí)傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì) 1.小齒輪采用45鋼，大齒輪采用20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火，齒面硬度為58～62HRC，7級(jí)Z=25， Z=88，φ= 1.1,β=13 2.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) ①載荷系數(shù) K=1.5 ②小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=2237500NmM ③大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ==460Mpa ④應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ⑤彎曲疲勞壽命系數(shù) K=0.9, K=0.92 ⑥彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，應(yīng)力修正系數(shù)Y=2，則 == 591.43 Mpa == 604.6 Mpa ⑦查取齒型系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) Z ==27.03 Z ==95.13 查表得 Y=2.57，=2.18 , Y=1.6，Y=1.79 ⑧因?yàn)?故按小齒輪進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 ⑨重合度系數(shù)Y及螺旋角系數(shù)Y Y=0.7 Y=0.9 2.設(shè)計(jì)計(jì)算 ①齒輪模數(shù): M=3.44 ②圓周速度: v==2.377m/s ③計(jì)算載荷系數(shù)K 系數(shù)K=1.5，傳動(dòng)載荷系數(shù)K=1.01， 齒間載荷分配系數(shù)K=1.2, 齒間載荷分布系數(shù)K=1.34 ④校正并確定模數(shù) m==3.437=3.67mm 圓整后，取m=4m。 3計(jì)算齒輪傳動(dòng)幾何尺寸 ①中心距a a==232mm ②螺旋角 =13 ③齒輪分度圓直徑 d= =102.63mm, d==361.26mM ④齒寬 b= d=1.1102.63=112.893mm b=120mm b= b+(5—10)=130mm 4 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 ①==1500 Mpa ②K=0.95 K=0.97 ③計(jì)算許用接觸應(yīng)力， 取S=1 =K/ S=0.951500/1=1425Mpa =K/ S=0.971500/1=1455Mpa =(+)/2=1440Mpa ④節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z=2.44 ⑤重合度系數(shù)Z=0.8 ⑥螺旋角系數(shù)Z==0.987 ⑦材料系數(shù)Z= 189.8, Z=25 ⑧校核 =683.7Mpa=1440Mpa 第三級(jí)傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì) 1.小齒輪采用45鋼，大齒輪采用20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火，齒面硬度為58～62HRC，7級(jí)Z=25，Z=66，φ= 0.9,β=13。 2. 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) ①載荷系數(shù) K=1.5 ②)小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=7528260 Nm ③大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ==460Mpa ④應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=4.2310, N=16.110 ⑤彎曲疲勞壽命系數(shù)K=0.92, K=0.94 ⑦取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，應(yīng)力修正系數(shù)Y=2，則 == 604.60 Mpa == 617.71 Mpa ⑦查取齒型系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) Z ==27.03 Z ==71.35 查表得 Y=2.57 ,Y=2.24 , Y=1.600, Y=1.75 ⑧計(jì)算大小齒輪的并加以比較 故按小齒輪進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) ⑨重合度系數(shù)Y及螺旋角系數(shù)Y Y=0.7 Y=0.9 3設(shè)計(jì)計(jì)算 ① 計(jì)算齒輪模數(shù) =5.47 ②圓周速度: v==1.080m/s ③計(jì)算載荷系數(shù)K 系數(shù)K=1.5，傳動(dòng)載荷系數(shù)K=1， 齒間載荷分配系數(shù)K=1.2, 齒向載荷分布系數(shù)K=1.3 K= K K K K=2.34 ④校正并確定模數(shù)m m==3.28=6.34mm 取m=6mm 4計(jì)算齒輪傳動(dòng)幾何尺寸 ①中心距a a==280.18mm ②螺旋角 =13 ③ 齒輪分度圓直徑 d= =154.00mm d ==406mm ④齒寬 b= d=138.60mm b=138mm b= b+(5—10)=148mm 5 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 ①==1500 Mpa ②K=0.97 ， K=0.98 ③計(jì)算許用接觸應(yīng)力，取S=1. =K/ S=0.971500/1=1455Mpa =K/ S=0.981500/1=1470Mpa =(+)/2=1462.5Mpa ④節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Z=2.44 ⑤重合度系數(shù) Z=0.8 ⑥螺旋角系數(shù) Z==0.987 ⑦材料系數(shù) Z= 189.8 ⑧校核 =1406.49=1462.5Mpa 故滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度 第六章 軸的設(shè)計(jì) Ⅰ軸的設(shè)計(jì) 1.軸上小齒輪的直徑較小，采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，軸的材料及熱處理和齒輪的材料及熱處理一致，均采用20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火。 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）估算軸徑d，查表得軸的C值是112 d =50.14mm 單鍵槽增加5%——7%，所以d(52.65—53.65)mm，根據(jù)工廠實(shí)際情況，這里取d=53mm。 2) 軸上轉(zhuǎn)矩 T=857.04 Nm 3)軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示： 圖6.1 Ⅰ軸的結(jié)構(gòu)簡圖 d=d=53 mm, d= d+2=55 mm, d= d+10=65 mm, d= d=65 mm, d= d=55 mm, L=82 mm, L=210 mm, L=242 mm，L=8 mm, L=T=29 mm(T為軸承寬度) 查軸承樣本，選用型號(hào)為30311單列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑d=55 mm， 外徑D=120mm Ⅱ軸的設(shè)計(jì) 1.軸上小齒輪的直徑較小，采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，軸的材料及熱處理和齒輪的材料及熱處理一致，均采用20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火。 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）估算軸徑d，查表11.3得軸的C值是105 d =64.7mm 單鍵槽增加5%——7%，所以d(67.94—69.23)mm，所以d=70mm 2) 軸上轉(zhuǎn)矩 T=1225.07Nm 3) 軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示： 圖6.2 Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)簡圖 d=70mm, d= d+10=80mm, d= d+2a= d+2(0.07—0.1)d=91.2—96，這里取d=94mm, d=78mm, d= 70mm 查軸承樣本，選用型號(hào)為30314單列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑分別為d=70 mm，外徑D=150 mmL=35mm, L=108mm, L=105mm, L=7mm, L=T=35mm(T為軸承寬度) Ⅲ軸的設(shè)計(jì) 1.軸上小齒輪的直徑較小，采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，軸的材料及熱處理和齒輪的材料及熱處理一致，均采用20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火。 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）估算軸徑d，查表11.3得軸的C值是107 d=98.8mm 單鍵槽增加5%——7%，所以d(103. 74—105.716)mm，所以 d=110mm 軸上轉(zhuǎn)矩 T=7528.26 Nm 3)軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示： 圖6.3 Ⅲ軸的結(jié)構(gòu)簡圖 d= d= d=95mm, d= d+26=121mm, d=d+10=130mm ，d=120mm，L=137mm, L=58mm, L=7 mm, L=T=45 mm(T為軸承寬度) L=45 mm, 查軸承樣本，選用型號(hào)為30319單列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑d=95 mm，外徑D=200 mm。 Ⅳ軸的設(shè)計(jì) 1.軸材料選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理 2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）估算軸徑d，查表得軸的C值是97 d =121mm 單鍵槽增加5%——7%，所以d(127—129)mm，根據(jù)工廠實(shí)際情況，這里取d=130mm。 2) 軸上轉(zhuǎn)矩 T=24591.3 Nm 3)軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示： 圖6.4 Ⅳ軸的結(jié)構(gòu)簡圖 d= d=140mm, d= d= d+10=150mm,d= d+2(0.07—0.1)=（173.28—182.4）mm,這里取d=175mm, d= d+10=160 mm L=370mm, L=269mm, L1.4h=10.5,取L=15mm, L=180mm, L=T=65mm(T為軸承寬度) 查軸承樣本，選用單列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑d=150 mm，外徑D=320 mm 4)軸的受力分析如下圖 圖6.5 Ⅳ軸的受力分析 L=167.5mm， L=296.5mm 5) 軸的校核 F==18978.92N F= Ftan/cos=34923 N F= Ftan=21584 N R= F L/L=33750 N R = F L/L=59742 N M=10006785 Nmm R=(F L+ F d)/ L= 31759 N R=(F L- F d)/ L=3164 N M= R L=5319633 Nmm M= R L=938126 Nmm M=11332883 Nmm M=938131 Nmm 圖6.7 T=18978920Nmm ，M==11332889 Nmm = M/W＜[]=90 Mpa 故滿足要求 第七章 滾動(dòng)軸承的校核 Ⅰ軸承校核 軸承類型為圓錐滾子軸承，軸承預(yù)期壽命為 由之前計(jì)算可知： F=6329N，F(xiàn)= 3856 N 軸承工作轉(zhuǎn)速n=1400 r/min P=4952 N < C 故軸承30311滿足要求 Ⅱ軸承校核 軸承類型為圓錐滾子軸承，軸承預(yù)期壽命為 由之前計(jì)算可知： F=5988N，F(xiàn)= 3701 N 軸承工作轉(zhuǎn)速n=515 r/min < C 故軸承30314滿足要求 Ⅲ 軸承校核 軸承類型為圓錐滾子軸承，軸承預(yù)期壽命為 由之前計(jì)算可知： F=36521N，F(xiàn)= 22572 N 軸承工作轉(zhuǎn)速n=147r/min < C 故軸承30319滿足要求 Ⅳ 軸承校核 軸承類型為圓錐滾子軸承，軸承預(yù)期壽命為 由之前計(jì)算可知： F=34923N，F(xiàn)= 21584 N 軸承工作轉(zhuǎn)速n=56 r/min < C 故軸承30330滿足要求 第8章 箱體結(jié)構(gòu)尺寸 第9章 在機(jī)體為加肋，外輪廓為長方形，增強(qiáng)了軸承座剛度 名稱 符號(hào) 結(jié)構(gòu)尺寸 箱座厚度 14 箱蓋厚度 11 箱座、箱蓋、箱底座凸緣的厚度 箱座、箱蓋上的肋厚 軸承旁凸臺(tái)的高度和半徑 h，R1 軸承蓋的外徑 D2 地腳螺釘 直徑與數(shù)目 n 6 df 16 通孔直徑 20 沉頭座直徑 DO 45 地座凸緣尺寸 25 23 連接螺栓 軸承旁連接螺栓直徑 12 箱座、箱蓋連接螺栓直徑 8 連接螺栓直徑 10 通孔直徑 11 沉頭座直徑 22 凸緣尺寸 18 14 定位銷直徑 軸承蓋螺釘直徑 窺視孔螺釘直徑 箱體外壁至軸承座端面的距離 大齒輪頂圓與箱體內(nèi)壁的距離 齒輪端面與箱體內(nèi)壁的距離 第九章 三級(jí)圓柱齒輪減速器的有限元分析 9.1 Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸、Ⅳ軸的有限元分析如下圖所示： 圖9.1齒輪軸有限元分析 圖9.1齒輪軸有限元分析 圖9.3 軸有限元分析 圖9.4 軸有限元分析 用SW綜合上述分析可知：對(duì)個(gè)軸進(jìn)行有限元分析，由軸的應(yīng)力分析圖，得知各軸的應(yīng)力集中處在鍵槽部位比較高，通過該處的應(yīng)力的大小對(duì)比，該應(yīng)力值小于許應(yīng)應(yīng)力的大小，滿足各軸的設(shè)計(jì)要求。 9.2 齒輪的有限元分析 圖9.5 大齒輪有限元分析 圖9.6 大齒輪有限元分析 第十章 三級(jí)圓柱齒輪減速器仿真分析 圖10.1三級(jí)圓柱齒輪減速器仿真分析 圖10.2三級(jí)圓柱齒輪減速器仿真分析 由三級(jí)減速器的運(yùn)動(dòng)仿真，進(jìn)一步讓我們清晰地了解到了三級(jí)減速器的工作原理以及工作的方式，以仿真現(xiàn)實(shí)的物體運(yùn)動(dòng)，讓自己更加一步設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)方面的知識(shí)。 總結(jié) 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)基本告一段落了。他基本上包含了我們四年的所學(xué)。不過還是有些問題沒處理好。比如在實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)我們所學(xué)習(xí)的知識(shí)與實(shí)踐中的操作和加工過程還是有一定的出入。進(jìn)行實(shí)踐操作還需要不斷的改進(jìn)。通過我們查閱資料和問老師使得這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠完成。通過不斷的解決實(shí)驗(yàn)中所遇到的問題，在這個(gè)過程中我也學(xué)會(huì)了從哪方面下手，如何采用正確有效的方法去分析問題以及搜集整理文獻(xiàn)資料，同時(shí)能把理論問題運(yùn)用到實(shí)踐中。 因?yàn)檫@次畢業(yè)設(shè)計(jì)是最后一次設(shè)計(jì)，所以，不僅僅要有方法一起去發(fā)現(xiàn)問題，而且要通過自己的努力去解決問題。通過這次設(shè)計(jì)與制作，更加深刻了對(duì)書本知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，明白了畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真的進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 這是一門綜合性很強(qiáng)的課程，其中包含了很多門科目有機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、工程材料、材料成型、機(jī)械制造、制圖等知識(shí)，通過設(shè)計(jì)過程可以把以前學(xué)的知識(shí)進(jìn)行更加深入的理解，同時(shí)大大提高個(gè)人訓(xùn)練能力。設(shè)計(jì)一個(gè)零件或結(jié)構(gòu)，要先了解其功能原理，然后在使其滿足使用功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，不能毫無根據(jù)漫無目的的瞎想、亂改。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的所有結(jié)構(gòu)的有無、位置、尺寸都是有根據(jù)甚至有標(biāo)準(zhǔn)的，不能看到別人有而有，也不能亂加或隨意編寫數(shù)據(jù)。否則可能對(duì)整體功能或使用維修等帶來影響。 說實(shí)話，設(shè)計(jì)真的有點(diǎn)累。然而，當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計(jì)成果，漫漫回味這兩月的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消。 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到，干任何事都必須耐心，細(xì)致。設(shè)計(jì)過程中，許多計(jì)算有時(shí)不免令我感到有些心煩意亂，有幾次因?yàn)椴恍⌒奈矣?jì)算出錯(cuò)，只能毫不情意地重來。但一想起要有耐心，想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任，想到世界上因?yàn)槟承┘?xì)小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故，我不禁時(shí)刻提示自己，一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)，認(rèn)真對(duì)待的良好習(xí)慣．這次設(shè)計(jì)使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練。在此要感謝指導(dǎo)老師的辛勤教導(dǎo)與詳細(xì)講解，您還幫助我們找出解決問題的不同方法。我從此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)到了許多有用的知識(shí)和技巧。最后再一次真誠感謝您。 最后，真心得感謝老師的細(xì)心教導(dǎo)和幫助。 參考資料 葉偉昌 主編 謝家瀛 林崗 副主編 機(jī)械工程及自動(dòng)化簡明設(shè)計(jì)手冊 機(jī)械工業(yè)出版社 北京中興印刷有限公司印刷，2008年2月第1版。 陳立德 主編 毛炳秋 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 高等教育出版社 北京東光印刷廠，2004年4月第1版 毛謙德 李振清主編 機(jī)械設(shè)計(jì)師袖珍手冊 機(jī)械工業(yè)出版社1994年 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院編 實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊上 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版1985年 吳彥農(nóng)，康志軍.Solidworks2005實(shí)踐教程. 北京：機(jī)械工業(yè)出版 王平，張?jiān)平?SoidWorks 2012 造型設(shè)計(jì)項(xiàng)目案例解析.北京：清華大學(xué)出版社 謝 辭 此次畢業(yè)論文即將結(jié)尾，回想近階段的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，心中充滿無限感激與留戀。由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，操作過程中難免有些考慮不周的地方，如果沒有老師的指導(dǎo)和同學(xué)的支持與幫助，想要完成本次的畢業(yè)論文是相當(dāng)艱難地。在此，我向我的論文指導(dǎo)老師致以最誠摯的謝意！老師思路開闊，條理清晰，知識(shí)淵博，熟悉各類儀器的使用，在機(jī)械方面有一定的造詣。在論文的選題、資料的收集、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與完成以及論文的審定及成稿等方面都給予了我細(xì)心的指導(dǎo)與建議。尤其是在試驗(yàn)中遇到問題時(shí)，總能得到老師專業(yè)細(xì)心的解答 ，對(duì)此十分感激。感謝各位老師在實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)儀器等方面給予的幫助。同時(shí)感謝所有在實(shí)驗(yàn)和論文寫作過程中幫助過我的同學(xué)，感謝她們對(duì)我的幫助和鼓勵(lì)。謝謝老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的陪伴支持，使我的實(shí)驗(yàn)課題及論文撰寫順利完成。最后感謝所有閱讀本論文的老師，給我提出寶貴的建議，非常感謝！ 43