三级圆柱齿轮减速器的设计与分析【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 毕业设计说明书 论文题目：三级圆柱齿轮减速器的设计与分析 学 院： 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 2016年 3月 18 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 目 录 摘要 .一章 圆柱齿轮减速器简介 .二章 三级圆柱齿轮减速器总体设计 .三级圆柱齿轮减速器设计要求 .四章 传动装置运动和动力参数的计算 .选择电动 机和传动比的分配 .传动系统的运动和动力参数计算 .五章 齿轮设计计算与校核 .六章 轴的设 计 .七章 滚动轴承的校核 .八章 箱体的设计计算 .九章 三级圆柱齿轮减速器的有限元分析 . 轴、轴、轴、轴的有限元分析 . 齿轮的有限元分析 .十章 三级圆柱齿轮减速器 仿真分析 . 结 .考文献 . 辞 .录（二维图、三维图、仿真图）买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 摘要 在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩作用的就是减速机，它相对来说比较精密。使用的目的是降低机器的转速，增加机器的转矩。它是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、齿轮 常用在原动件与工作机之间的减速装置 。在原动机和工作机之间担任着不可小觑的作用，在机械中有极为广泛的应用。它 是 工业 诸多领域的机械传动装置，行业涉及的产品类别包括了各类齿轮减速机、 行星齿轮减速机 及 蜗杆减速机 ，也包括了各种专用装置，如增 加 速 度的 装置、调 节 速 度的 装置、 还有 包括柔性传动装置在内的各类传动装置等。 按照级数可分为单级和多级减速机；按照形状可分为圆柱齿 减速机、圆锥齿减速机和圆锥圆柱齿引轮减速机；按照分布形式又可分为展开式、分流式和同进轴式减速机。 我们国家的 减速机行业发展历史 已接近 40 年， 无论是在那种工业中 ，减速机产品都有着广泛的应用。 各类行业都对它有及其大的诱惑。因为极大的市场需求才 催生了激烈的行业竞争 。 在残酷的市场 竞争 中，减速机行业必须加快淘汰 已经 落后 的 产能，大力发展高效节能 的 产品，充分利用国家节能 型 产品惠民工程政策机遇，产品更新 的 力度 要加大 ，产品结构 要调整 ， 也要 关注国家产业政策， 用以应对复杂多变的经济环境， 让行业 保持良好 的 发展势头。 本设计设计的是 三级圆柱齿轮减速器，并对其进行应力分析。 关键词 ： 减速器 设计 分析 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 by a of is in or it is To It is in a of is of in In as a to be in a It is an of in of of od as of of to be to of to be s is 0 in of of to of it to in In of of by 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 of to to to to to of of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 第一章 绪论 减速机（如图 一种传动机构。在各式机械的传动系统中几乎都可以见到它的踪迹。减速机已经深入到我们生活的每一部分。不管是交通工具还是工业生产，都有用到它。由此可见减速机的重要性。尤其是在工业和制造业中，得到了广泛的应用。无论是大功率的传动系统还是小功率的精密仪器，都离不开减速器。它具有较好的转换性能，因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。它利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到我们所要的回转数，而且能够得到较大转矩的机构。国际目前用于传动的机构中，它的应用范围相当 广泛。它的功能主要是（ 1）能够同时降速并且提高输出扭矩，扭矩输出的比例按照电机的输出乘减速比。（ 2）减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。 它的工作原理 1 : 它一般用于转速较低扭矩较大的机构。减速机相对来说比较精密，使用它的目的是降低机器的转速，增加机器的转矩。按照形状可分为圆锥齿减速机和圆锥圆柱齿引轮减速机；按照分布形式又可分为分流式和同进轴式减速机；按照级数可分为单级和多级减速机。以下是常用分类：（ 1）摆 线针轮减速机（ 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）蜗杆减速机等等。把机器高速运转的动力通过减速机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。 减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 ;小齿轮与轴制成一体，称齿轮轴，这种结构用于齿轮直径与轴的直径相关不大的情况下，如果轴的直径为 d，齿轮齿根圆的直径为当 7，应采用这种结构。而当 7，采用齿轮与轴分开为两个零件的结构，如低速轴与大齿轮。此时齿轮与轴的周向固定平键联接，轴上零件利用 轴肩 、 轴套 和 轴承 盖作轴向固定。两轴均采用了 深沟球轴承 。这种组合，用于承受径向载荷和不大的轴向载荷的情况。当轴向载荷较大时，应采用 角接触球轴承 、 圆锥滚子轴承 或深沟球轴承与推力轴承的组合结构。轴承是利用齿轮旋转时溅起的稀油，进行润滑。箱座中油池的润滑油，被旋转的 齿轮 溅买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 起飞溅到箱盖的内壁上，沿内壁流到分箱面坡口后，通过导油槽流入轴承。当浸油齿轮圆周速度 2m/s 时，应采用 润滑脂 润滑轴承，为避免可能溅起的稀油冲掉润滑脂，可采用挡油环将其分开。为防止润滑油流失和外界灰尘进入箱内，在轴 承端盖和外伸轴之间装有密封元件。 2、箱体 ;箱体是减速器的重要组成部件。它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。箱体通常用灰铸铁制造，对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单体生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接的箱体。 灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。轴承座的联接螺栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台，应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。为保证箱体具 有足够的刚度，在轴承孔附近加支撑肋。为保证减速器安置在基础上的稳定性并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底座一般不采用完整的平面。 3、减速器附件 ; 为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计给予足够的重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查 油面 高度、加工及拆装检修时箱盖与箱座的精确定位、吊装 等辅助零件和部件的合理选择和设计。 1）检查孔为检查传动零件的啮合情况，并向箱内注入 润滑油 ，应在箱体的适当位置设置检查孔。检查孔设在上箱盖顶部能直接观察到齿轮啮合部位处。平时，检查孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。 2)通气器减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，为使箱内热胀空气能自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱 面或轴伸密封件等其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。 3)轴承盖为固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖封闭。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种。利用六角螺栓固定在箱体上，外伸轴处的轴承盖是通孔，其中装有密封装置。凸缘式轴承盖的优点是拆装、调整轴承方便，但和嵌入式轴承盖相比，零件数目较多，尺寸较大，外观不平整。 4)定位销为保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工时的 精度 ，应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销。安置在箱体纵向两侧联接凸缘上，对称箱体应呈对称布置，以免错装。 5)油面指示器检查减速器内油池油面的高度，经常保持油池内有适量的油，一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 装设油面指示器。 6)放油螺塞换油时，排放污油和清洗剂，应在箱座底部，油池的最低位置处开设放油孔，平时用螺塞将放油孔堵住，放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的垫圈。 7)启箱螺钉为加强密封效果，通常在装配时于箱体剖分面上涂以水玻璃或 密封胶 ，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖。为此常在箱盖联接凸缘的适当位置，加工出 2 个螺孔，旋入启箱用的圆柱端或平端的启箱螺钉。旋动启箱螺钉便可将上箱盖顶起。小型减速器也可不设启箱螺钉，启盖时用起子撬开箱盖，启箱螺钉的大小可同于凸缘联接螺栓 减速机的前景非常好。它体现在起重运输设备行业对它的需求前景；国家起重运输设备制造行业面 临良好的发展机遇。城镇化加速落实，催生出庞大的机械设备需求，这为起重运输企业创造了良好的环境。冶金行业 这几年，在国家宏观调控的指导下，钢铁产业严格控制产能，加快淘汰 已经 落后产能。钢铁产业带来了挑战，也带来了机遇。水泥机械作为振兴水泥工业的重要行业 ， 随着国家对基础设施建设的政策支持力度以及对水泥行业宏观调控力度的加大，水泥机械市场需求增长空间将更为广阔。 它 是水泥机械中 的 通用机械设备，市场景气度必然随之上升。 起重运输设备是 它 应用最为广泛的行业，该行业的发展速度影响着减速机市场 的 需求。我国起重运输业将继续保持快速 增长 。由此 ，减速机需求也将得到有效 的 拉动。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 如图 级减速器装配图 第二章 传动装置总体设计 展开式硬齿面圆柱齿轮减速器 2 如图 有两大系列，平行轴系列和垂直轴系列。平行轴减速器是按国家标准 (88)生产，它主要包括级 )、 级 )、 级 )和 级 )四大系列，垂直轴减速器是按国家标准 (9002 1999)生产，主要在输入轴与输出轴呈垂直方向布置，它主要包 括 大系列。此次设计的是三级展开式硬齿面圆柱齿轮减速器（ 减速器的特点是：（ 1） 齿轮传动圆周速度不大于 20 米 /秒 ；（ 2） 工作环境40 50 ，如果低于 0 ，启动前润滑油应预热至 0 以上 。同时，用绘图软件进行绘制二维装配图、轴的的零件图等等。接下来在用 单个零件进行建模和装配三级减速器的同时仿真出视频；最后，对三级减速器进行有限元分析，进行结构方面的优化改善和创新。 图 开式硬齿面圆柱齿轮减速器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 第三章 三级圆柱齿轮减速器设计要求 此次设计的三级减速器是 减速器装配图如图 图 级减速器主装配图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 图 级减速器左装配图 图 级减速器左装配图 此减速机是三级展开式圆柱齿轮减速机 3 ，其基本参考数据如下所示：齿买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 轮轴：选用 45 材料、齿数 25、齿宽 100数为 4、螺旋角 13 ；齿轮：选用 20料、齿数 68、齿宽 90数为 4、螺旋角 13 ；齿轮轴：选用 45 材料、齿数 25、齿宽 130数为 4、螺旋角 13 ；齿轮：选用 20料、齿数 88、齿宽 120数为 4、螺旋角 13 ；齿轮轴：选用 45 材料、齿数 25、齿宽 148数为 6、螺旋角 13 ；齿轮：选用 20料、齿数 66、齿宽 138数为 6、螺旋角 13 原始数据为：该减速器低速级中心距为 280传动比为 25，输出功率为 108器寿命为 10 年，它要每年工作 300 天，两班制，基本不出现大的波动。 确定传动方案 传动方案要满足工作可靠、结构简单、传动效率高、工艺性和经济性好等要求。减速器的机 构简图如下图 示： 图 速器的机构简图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 第四章 传动装置运动和动力参数的计算 择电动机和传动比的分配 标准电动机的容量以额定功率表示，所选电动机的额定功率应不小于所需工作机的额定要求的功率。 则工作机要求的电动机功率为： /P 其中， 工作机要求的电动机输出功率，单位为 电动机至工作机之间传动装置的总效率； 工作机所需输入功率，单位 为 该三级减速器的齿式联轴器传动效率 ；圆柱斜齿轮齿轮传动效率 ；滚子轴承的传动效率 故： = 8/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 所以，选择 电动机，其额定功率是 180 载转速 1500 r/载转速时 1400 r/ 总传动比公式为 25321 中 i 25，根据由该三级减速器基本参考数据的可知： 故：各级传动比分别为 i、 i、 i。 传动系统的运动和动力参数计算 各轴的转速： m 4 0 01 m i n/5 1 5m i n/ 4 0112 m i n/1 4 7m i n/ 5223 m i n/ 7334 各轴输入功率： 12 223 34 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 其中式中， 、 别为相对应轴的功率。 各轴 输入转矩： 31131 108 5 32232 3 33333 2 34434 101 8 9 7 、 应轴的转矩 第五章 齿轮设计计算 一级轴齿轮 的设计 1. 小齿轮采用 45 钢，大齿轮采用 20渗碳淬火，齿面硬度为 58627 级精度， 25， 68， d = =13 2. 3 2121 co 载荷系数 试选 小齿轮传递取 8 5 7 0 0 01大小齿轮弯曲疲劳强度极限 M p 602 应力循环次数： 911 jL 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 60 922 jL 曲疲劳寿命系数 计算许用弯曲应力 取弯曲疲劳安全系数 力修正系数 M p 7 8/1l i M p 9 1/2l i Z 1V = 1 3Z = 2V = 2 3Z =表得出： Y 1Y 2Y 1Y 2因为 1 1 2 212 F a S a F a S y y y 所以按小齿轮进 行齿根弯曲疲劳强度设计计算 重合度系数 Y 及螺旋角系数 Y Y =Y =. 设计计算 7 0 4 圆周速度 : 0 0609 8 0 06011计算载荷系数 K 使用系数 动载荷系数 齿间载荷分配系数 K = 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 齿间载荷分布系数 K = A校正并确定模数 3 中心距 a n 1 9 1)(c o 1 螺旋角 132)(a r c c o s 21n 齿轮分度圆直径 n 1 ； n 92 。 齿宽 b=d 90mm (510)=100齿面接触疲劳强度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 12200 计算许用接触应力取 1 1H =K 1 1 1200/1=1080 2H =K 2 2 1200/1=1104 H =( 1H + 2H )/2=1092节点区域系数 重合度系数 Z =螺旋角系数 Z = =材料系数 校核 H = 21 0 7 0 4 = H =1092，满足齿面接触疲劳强度要求。 第二级传动齿轮设计 5钢，大齿轮采用 20渗碳淬火，齿面硬度为 58 62 级 5， 8，d= =13 3 21212 载荷系数 K=小齿轮传递的转矩 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 2237500N 大小齿轮的弯曲疲劳强度极限 1260应力循环次数 ,281 曲疲劳寿命系数 弯曲疲劳安全系数 力修正系数 2，则 1F = 1 F N F = 2F = 2 F N F = 查取齿型系数和应力校正系数 Z 1V = 1 3Z = 2V = 2 3Z =表得 Y 12 Y 1Y 2因为1 1 2 212 F a S a F a S y y y 故按小齿轮进行齿根弯曲疲劳强度设计。 重合度系数 Y 及螺旋角系数 Y Y =Y =齿轮模数 : 圆周速度 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 v=c o s 计算载荷系数 K 系数 动载荷系数 齿间载荷分配系数 K =齿间载荷分布系数 K = A 校正并确定模数 3 3 整后，取 4m。 3 计算齿轮传动几何尺寸 中心距 a a= 12()2 c o =232螺旋角 12()a r c c o s z =13 齿轮分度圆直径 1 = 2=齿宽 b=d 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 120mm (5 10)=130 校核齿面接触疲劳强度 1 21500 K 1 K 2计算许用接触应力， 取 1 1H =K 1 1 1500/1=1425 2H =K 2 2 1500/1=1455 H =( 1H + 2H )/2=1440节点区域系 数 重合度系数 Z =螺旋角系数 Z = =材料系数 25 校核 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 = H=1440三级传动齿轮设计 5 钢，大齿轮采用 20渗碳淬火，齿面硬度为 58627 级 25， 66， d = =13 。 2. 按齿根弯曲疲劳强度设计 3 21212 载荷系数 K= )小齿轮传递的转矩 528260 N m 大小齿轮的弯曲疲劳强度极限 1260应力循环次数 108 , 107 弯曲疲劳寿命系数 取弯曲疲劳安全系数 力修正系数 2，则 1F = 1 = 2F = 2 F N F = 查取齿型系数和应力校正系数 Z 1V = 1 3Z = 2V = 2 3Z =表得 Y 1Y 2 Y 1Y 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 计算大小齿轮的 并 加以比较 1 1 2 212 F a S a F a S y y y 故按小齿轮进行齿根弯曲疲劳强度设计 重合度系数 Y 及螺旋角系数 Y Y =Y = 设计计算 计算齿轮模数 3 21212 =圆周速度 : v=c o s 计算载荷系数 K 系数 动载荷系数 1， 齿间载荷分配系数 K =齿向载荷分布系数 K = K= K K =校正并确定模数 3 3 6 计算齿轮传动几何尺寸 中心距 a 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 a= 12()2 c o =螺旋角 12()a r c c o s n am z =13 齿轮分度圆直径 1 = = 2=406齿宽 b= d 138mm (5 10)=148 校核齿面接触疲劳强度 1 21500 K 1 K 2 计算许 用接触应力，取 1. 1H =K 1 1 1500/1=1455 2H =K 2 2 1500/1=1470 H =( 1H + 2H )/2=节点区域系数 重合度系数 Z =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 25 螺旋角系数 Z = =材料系数 校核 = H=满足齿面接触疲劳强度 第六章 轴的设计 轴的设计 用齿轮轴结构，轴的材料及热处理和齿轮的材料及热处理一致，均采用 20渗碳淬火。 1）估算轴径 d 查表得轴的 C 值是 112 n =单键槽增加 5% 7%，所以 d (据工厂实际情况，这里取 d 53 2) 轴上转矩 m 3)轴的结构简图如下图所示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 26 图 轴的结构简图 3 =55 0=65 5 5 2 10 42 =29 为轴承宽度 ) 查轴承样本，选用型号为 30311 单列圆锥滚子轴承，其内径 d=55 外径D=120轴的设计 用齿轮轴结构，轴的材料及热处理和齿轮的材料及热处理一致，均采用 20渗碳淬火。 1）估算轴径 d 查表 轴的 C 值是 105 d 2 2PC n =单键槽增加 5% 7%，所以 d (以 d 70) 轴上转矩 m 3) 轴的结构简图如下图所示：买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 27 图 轴的结构简图 70 10=80 2a= 2 ( 96，这里取 9478 70查轴承样本，选用型号为 30314 单列圆锥滚子轴承，其内径分别为 d=70 径 D=150 351081057T=35为轴承宽度 ) 轴的设计 较小，采用齿轮轴结构，轴的材料及热处理和齿轮的材料及热处理一致，均采用 20渗碳淬火。 1）估算轴径 d 查表 轴的 C 值是 107 d 33 =单键槽增加 5% 7%，所以 d (103. 74 以 d 110上转矩 m 3)轴的结构简图如下图所示：买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 28 图 轴的结构简图 d 95 26=12110=130120137587 T=45 为轴承宽度 ) 45 查轴承样本，选用型号为 30319 单列圆锥滚子轴承，其内径 d=95 径 D=200 轴的设计 0质处理 1）估算轴径 d 查表得轴的 C 值是 97 d 3 1PC n =121单键槽增加 5% 7%，所以 d (127 129)据工厂实际情况，这里取 d 130 2) 轴上转矩 m 3)轴的结构简图如下图所示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 29 图 轴的结构简图 d 140 10=150mm, 2 (（ 里取 175 10=160 12 =370269 15180T=65 为轴承宽度 ) 查轴承样本，选用单列圆锥滚子轴承，其内径 d=150 径 D=320 )轴的受力分析如下图 图 轴的受力分析 ) 轴的校核 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 30 642 6r = n /=34923 N F 6a = =21584 N 33750 N = 59742 N 10006785 N (F 6r F 6a 21 (F 6r F 6a 21 5319633 N 2y = 938126 N 1 =11332883 N 2 =938131 N 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 31 图 1 =18978920N 2112 )( =11332889 N mm = W 1 =90 满足要求 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 32 第七章 滚动轴承的校核 轴承校核 轴承类型为圆锥滚子轴承，轴承预期寿命为 20000