二级变位齿轮减速箱结构设计及强度分析毕业设计VIP

本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）题 目：二级变位齿轮减速器结构设计及强度分析 学 号： 姓 名： 班 级： 专 业： 机械设计专业 学 院： 入学时间： 2011 级 指导教师： 日 期： 年 月 日毕业设计（论文）独创性声明本人所呈交的毕业论文是在指导教师指导下进行的工作及取得的成果。除文中已经注明的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：日期：1摘要齿轮减速器作为一种应用广泛、典型的机械传动装置，主要用途是在电动机和工作机构之间起到调节转速和传递转矩的作用，在现代化生产中起到了无法替代的作用。本文设计的减速器主要由互相啮合的齿轮、传动轴、箱体结构及轴承等组成，它主要是靠齿轮传动装置来实现运作。齿轮传动是机械中不可或缺的传动形式之一，而变位齿轮传动又是齿轮传动中较优越的一种类型。考虑到本设计的应用场合，为了减少减速器的体积，配凑中心距，齿轮传动采用变位齿轮。本设计综合了运用机械设计、计算机辅助设计、机械精度设计、理论力学、机械原理等，采用 UG NX 三维造型和装配，完成了齿轮设计、轴设计及箱体结构三维设计等内容，并对重要零件进行有限元强度分析，完成齿轮轴强度校核。最终完成了减速器装配图、零件图的绘制,使设计结果得到最直接的体现。关键词:二级减速器；齿轮传动；变位齿轮；有限元分析。 2ABSTRACTReducer is the typical mechanical transmission which was widely used.reducer be used mainly to play the role of matching the speed and transferring torque between the prime mover and the implementing agencies or working machine,it plays an irreplaceable role in the mechanization production.Reducer is composed of a sealed box, meshing gear, drive shaft and bearing and other components,which is mainly depended on the gear transmission.gear transmission is one of the indispensable transmission in the mechanical engineering areas, and variable gear is the more superior type. Taking into account the design of the application areas, in order to reduce the size of the gear unit, considering center distance ,gear transmission use variable gear transmission.This paper uses mechanical design, mechanical drawing, mechanical precision design, theoretical mechanics,mechanical principles, etc.using UG three-dimensional to model and assembly, which complete gear design, shaft design and the design of the cabinet structural and other content. using finite element analysis to complete the gear shaft strength check. Final completion of the reduction gear assembly drawing, parts diagram drawing,make the design results of the most direct expression.Key words: reducer; gear transmission; variable gear; finite element analysis.3目录摘要： .1Abstract.2第一章.绪论 .51.1 国内外研究现状 .51.2 减速器的发展趋势 .71.3 本课题的设计要求 .81.4 本课题的主要研究内容 .8第二章.减速器设计 .102.1 电动机的选择 .102.1.1.电动机工作条件及要求 .102.1.2.电动机容量的选择 .102.1.3.电动机转速的选择 .102.1.4.电动机型号的确定 .102.2 传动装置的运动和动力参数计算 .102.2.1.分配各级传动比 .102.2.2.各轴的转速计算 .112.2.3.各轴的输入功率计算 .112.2.4.各轴的输入转矩计算 .112.3 齿轮传动设计计算及校核 .112.3.1.第一级斜齿轮传动设计计算 .112.3.2.第一级斜齿轮传动设计校核 .132.3.3.第二级斜齿轮传动设计计算 .142.3.4.第二级斜齿轮传动设计校核 .162.4 传动轴的设计计算和校核 .182.4.1.轴的受力分析 .182.4.2.轴的设计计算 .182.4.3.中间轴的校核计算 .202.5 中间滚动轴承的校核计算 .232.5.1.作用在轴承上的负荷 .232.5.2.验算轴承的寿命 .242.6 键的校核计算 .242.7 联轴器的选择 .252.8 减速器箱体设计 .262.9 减速器润滑及密封 .262.9.1.润滑 .262.9.2.密封 .262.10 附件 .262.11 本章小结 .264第三章.中间轴强度有限元分析 .283.1 有限元基本概念及分析步骤 .283.2 ANSYS 软件介绍 .293.3 齿轮轴 UG 三维建模 .313.4 齿轮轴 ANSYS 有限元分析 .333.4.1.导入 ANSYS.333.4.2.网格划分 .343.4.3.添加约束及载荷 .353.4.4.求解及后处理 .373.5 本章小结 .41总结 .42致谢： .4451 绪论1.1 国内外研究现状电动机作为工程上常用的一种驱动设备，它的扭矩较低，转速却较高，而工作机构要求的转速通常较低，即二者之间的转速不匹配，所以电动机一般无法直接驱动设备，这时就必须使用中间媒介减速器来传递动力。从日常生活见到的电动车、汽车到飞机、轮船，从机械行业常见的加工装置到各种自动化生产设备等，都可以看到减速器的使用。在升降机使用过程中，使用减速机可以帮助它很好的调节升降速度，在装置减速的同时还可以降低升降机的载荷惯量，减少的设备惯量是减速比的平方，可以便于更好的调节速度。而且减速器在降速的同时还可以提高输出扭矩。减速器是将高速运动转换为低速运动的一种最常用的传动装置，传动效率较高，结构紧凑，工作可靠，在现代机械设备中应用非常广泛，结构形式也多种多样，基本可以满足现在工程上的需求。在目前竞争的大环境下，设计出性能高、成本低、适用性强的减速器是企业赢得市场的一个重要因素。二级圆柱齿轮减速器的形式虽然多种多样，但都是由轴系零部件、箱体及若干附件组成。减速器的核心是轴系部件，零部件主要包括传动轴、齿轮、键、轴承等，它们决定了减速器的工作性能。因此，减速器设计的关键是对其齿轮传动机构的设计，齿轮机构是在各种机构中应用最广泛的一种传动机构。它不仅可以用来传递空间任意两轴件的运动和动力，还具有传动效率高，功率范围大，传动准确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。而作为齿轮机构的最基本组成部分齿轮所起的作用是无可代替的，所以齿轮的设计非常重要。齿轮是应用最为广泛的通用零件，广泛用在各种传动中，如机床的传动装置，汽车的变速箱，减速器等。齿轮传动机构中很重要的应用就是减速器。齿轮减速器作为一种重要的动力传递装置，在机械化生产中起着不可替代的作用。二级齿轮减速器是最常用的机械传动机构之一。与国外相比，我国的科技发展起步较晚，机械行业都是以粗放式的生产模式发展，过去生产的大型化减速机设备耗费材料较多，在工作时耗电量也会增加，因此减速机的科技水平含量很低。自 20 世纪 60 年代以来,我国才开始制订通用减速器标准，而且 20 世纪 60 年代的减速器大多数是参照前苏联 20 世纪640 年代和 50 年代的技术制造的,后来虽有所发展,但限于当时的设计、工艺及装备条件,其总体水平与国际水平有较大差距。改革开放以来,为了提高我国的科技发展水平，引进了一批先进的加工制造装备，通过不断引进、消化和吸收国外先进技术以及科研攻关,我国不仅开始掌握各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术，而且材料和热处理质量及齿轮加工精度都有了较大的提高。通用圆柱齿轮的制造精度可以达到国标的要求级别,高速齿轮的制造精度可稳定在 45 级。为了提高承载能力、使用寿命、传动效率，减小体积和重量,减速器采用了硬齿面的齿轮,而且在节能和提高主机的总体水平方面起到了明显的作用。自 1988 年以来,我国又相继制定了 5060种齿轮减速器的标准,研制了许多新型减速器,这些产品大多数达到了 20 世纪 80年代的国际水平。纵观发展历史，我国高速齿轮减速器技术经历了测绘仿制、技术引进、独立设计制造三个阶段。现在我国自己的设计制造能力基本上可满足国内生产的需要，减速器企业正向着加工能力和技术水平持续提高发展，未来减速器市场行业前景将一片大好。随着近几年国内经济的迅速发展，我国机械行业的出口量也在迅速增多，作为一个重要基础的减速器行业发展也在不断向前发展。不过国内减速机行业虽然发展较快，但大部分企业都是引进国外先进技术研发产品，使得各企业生产模式相似，因此在激烈的市场竞争中，很难与国外的减速器公司竞争。企业在面对激烈的市场竞争的同时理应从容面对，国内企业必须依托企业的生产体系，采取合适的措施，加快产品的创新步伐，向国际化设备的发展趋势迈进，开发简约化、轻量化、环保型的减速机产品，以此来开拓减速机市场，增加企业品牌的市场竞争力，这样才能突破发展瓶颈，蓬勃发展起来。国外先进减速器的设计生产技术已经十分成熟，动力传动齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展。一些著名的生产商已经拥有一百多年的减速器设计生产经验，占据的市场份额也十分可观。现在业内最大减速器供应商，在产品结构设计、制造加工方面具有十分高的造诣。目前国外减速器整体技术以德国、丹麦和日本处于世界领先地位，特别是在材料和制造加工工艺方面占据优势，他们生产的减速器性能稳定、使用寿命长和工作可靠性好。但由于减速器的传动形式仍然以定轴齿轮传动为主，所以体积和重量问题未能解决好。7目前国际上先进的齿轮减速器，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。平动齿轮传动原理和减速器与电动机的连体结构，都是企业正在大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。国外减速机在电力、食品、建筑、矿业、水利等诸多行业也都有着广泛的应用，其制造生产标准比国内更高。1.2 减速器的发展趋势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。20 世纪 7080 年代，世界上减速器技术有了迅速的发展，并且与新技术革命的发展结合紧密。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。现代工业的快速发展对减速器提出了更高的要求，主要表现在要求更高的功率容量、更短的研发周期、转矩范围大、设计形式多样、高寿命和高可靠性等。所以未来减速器的发展总趋势是向六高、二低、三化方面发展。1、六高即高齿面硬度、高承载能力、高速度、高精度、高可靠性和高传动效率：圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火和磨齿加工，承载能力提高 4 倍以上，可靠性高。其中硬齿面齿轮减速器具有承载能力高、体积小、重量轻、使用寿命长等特点，已得到各国的广泛应用，采用普遍采用硬齿面技术，可以很好的提高硬度以缩小装置的尺寸。2、二低即低噪声、低成本：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、三化即通用化、标准化、多样化：现在减速器有空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接等不同型式，可以摆脱传统的单一的底座安装方式，扩大使用范围。 目前促使减速器质量提高的主要原因有以下几点：1、理论知识的完善:采用齿轮强度计算方法、变形计算、修形技术、优化设计方法、齿根圆滑过渡等方法使理论更接近实际；2、普遍采用各种优质合金钢锻件以及材料和热处理质量控制水平提高；3、结构设计更加合理，而且现代加工手段使加工精度可以提高到 ISO6 级。4、传动件的质量和润滑质量的提升：轴承质量和寿命提高，润滑油质量提高。81.3 本课题的设计要求设计一台与无刷直流电机直接相连的展开式二级变位斜齿圆柱齿轮减速器。如图 1-1 传动系统简图：图 1-1 传动系统简图原始数据：减速箱输出轴扭矩 T=33.869Nm；转速 N=75.264r/