矿井运输机减速器设计

山东科技大学泰山科技学院毕业论文毕业设计(论文)矿井运输机减速器学 院： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 毕业设计（论文）时间：二九 年五月 八 日 五 月三十日山东科技大学泰山科技学院毕业论文设计总说明二级螺旋锥齿轮立式减速器采用齿轮齿轮传动方式，本减速器为螺旋锥齿轮立式减速器，动力通过螺旋锥齿轮，二级斜齿轮，实现减速，传动效率高、传递扭矩大、抗过载能力强、传娣扭矩大、抗过载能力强、传动比范围宽。设计的总原则是使齿轮减速器在满足承载能力及强度要求条件下，结构紧凑，重量轻，效率最高、体积最小、润滑条件最佳，成本低，维修方便。在减速器的总体设计上，为了满足传动比和工作的需要，安排了二级的传动方案，第一级采用斜齿轮传动，第二级螺旋锥齿轮传动；为了达到降速和润滑的方便的目的，对两级传动的传动比做了同样的限制。在一般的减速情况下，i1.2；最小齿数z：标准斜齿轮不发生根切的最小齿数可由当量直齿轮的最小齿数来计算，斜齿轮的最小齿数z，在闭式软齿面传动中，齿轮的承载能力主要决定于齿面接触疲劳强度，齿轮的弯曲强度总是足够时，齿轮的齿数可取多些，推荐取z=2440。斜齿圆柱齿轮的最小齿数比直齿圆柱齿轮的要少，因而斜齿轮机构更加紧凑。在输出的传动结构上，本减速器采用了螺旋锥齿轮传动，使减速器在整体上的传动更加协调平稳。在此基础上，要进行轮齿弯曲强度和疲劳强度的校核。在减速器的选材方面，考虑到箱体难加工，一般采用铸件，采用铸铁材料；为了提高齿轮的强度和刚度，采用45号钢，对于中碳钢来说，具有良好的综合性能，即具有良好的强度和韧性。在减速器的结构设计方面，设置了圆柱形油标，便于观察油面的高度。设置了透气塞，使箱体的热量向外扩散，达到箱体的热平衡；设置了放油孔，是为了箱体换油，并使其换得彻底;对于承担轴向力较小的轴承来说,一般采用深沟球轴承,对于承受径向力和轴向力较大的轴来说,一般采用圆锥滚子轴承;为了使结构更加紧凑,能承受更大的转距和转速来说,齿轮一般采用斜齿轮。由于直齿圆柱轮啮合时，齿面的沿齿宽方向的接触线是平行于齿轮轴线的直线，轮齿是沿整个齿宽同时进入啮合，同时脱离啮合的，只是轮齿所承受的载荷沿齿宽突然加上，突然卸下，所以直齿轮传动的平稳性较差，容易产生冲击和噪声，不适用于高速和重载的传动中，为了克服这个缺点，适应机器速度提高、功率增大的需要，常采用斜齿圆柱齿轮，使传动工作平稳，承载能力大。设置轴承端盖时，一般采用铸件，由结构而设计成透盖或者是其它形式。对于直径很小的齿轮，当圆柱齿轮的齿根圆至键槽底部的距离x(22.5)mm时，或者齿顶圆直径小于200mm时，如果把轴和齿轮分开制造，则当齿轮受载时，在该处常因强度不够而首先破坏，为此应将齿轮和轴制成一体的，齿轮轴的刚度较好，但由于齿轮轴的工艺性差，选材又难以兼顾齿轮和轴的不同要求，且齿轮损坏时，轴与整个齿轮将同时报废，造成浪费。所以在本次的设计过程中,高速轴和中间轴就采用了齿轮轴的形式。采用了斜齿-螺旋锥齿轮形式，使结构更加合理化，它具有更高的传动效率和承载能力，而且在结构布局上缩小了空间占地面积，同时在相近体积条件下，能获得更大传动比，更有利于设备的配置，该机能与各种减、变速机组合，满足不同的使用要求。本产品的主要技术参数如下：传递功率为3kW；最大转速为1400r/min；总传动比为16；使用寿命为10年。- 46 -山东科技大学泰山科技学院毕业论文目 录设计总说明I第一章 引 言11.1 课题的背景和意义11.2 减速器国内外发展状况21.2.1 国内减速器现状21.2.2 我国减速器与国外的差距91.3 减速器的市场发展前景13第二章 减速器的构造、分类及应用142.1 减速器的构造及特点142.1.1 轴系零件132.1.2 箱体.132.1.3 附件142.2 减速器的分类和应用162.3 结论16第三章 运动和动力参数及传动零件的设计计算183.1 传动比的分配183.2 运动和动力参数设计计算183.3 高速轴，锥齿轮轴所采用的结构特点193.4 斜齿轮和螺旋锥齿轮的尺寸计算20第四章 轴、轴承和键的设计计算及校核224.1 轴的设计224.1.1 轴的初步设计224.1.2 轴的结构工艺性234.2 轴的设计244.2.1 各轴的数据计算244.2.2 输入轴的设计264.2.3 输出轴的设计264.2.4 锥齿轮轮轴的设计264.3 轴的校核274.3.1 输入轴的校核294.3.2 输出轴的校核314.4 轴承选择344.4 轴承的校核344.4.1 轴承的寿命计算344.4.2 高速轴的轴承校核354.4.3 锥齿轮轴的轴承校核364.4.4 低速轴的轴承校核364.5 键的选择和校核374.5.1 高速轴上键的选择374.5.2 锥齿轮轴上轴键的选择374.5.3 低速轴上键的选择38第五章 减速器的密封和润滑395.1 减速器的润滑395.2 减速器的密封40第六章 公差与配合及粗糙度的标注416.1 轴的形位公差等级416.2 齿轮（斜齿轮、螺旋锥齿轮）轮坯的形位公差416.3 粗糙度的选择426.4 配合43总 结44致谢及声明45参考文献46山东科技大学泰山科技学院毕业论文第1章 引 言1.1 课题的背景和意义齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是：瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用的功率和速度范围广；传动效率高，=0.92-0.98；工作可靠、使用寿命长；外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的作用,在现代机械中应用极为广泛。国内的减速器多以齿轮传动为主，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。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。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。近十几年来,由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率大大提高，从而推动了机械传动产品的多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观化。在21世纪成套机械装备中,齿轮仍然是机械传动的基本部件。CNC机床和工艺技术的发展,推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动,将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉,将成为新型传动产品发展的重要趋势。1.2 减速器国内外发展状况1.2.1 国内减速器现状高速齿轮技术经历了测绘仿制、技术引进（和技术攻关）、到能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, 南高齿设计制造的最高参数为: 最大功率44MW（正制造55MW）, 最高线速度168m/s, 最高转速67000r/min。低速重载齿轮技术, 特别是硬齿面齿轮技术也是经历了测绘仿制等阶段, 从无到有逐建发展起来。除了摸索撑握制造技术外, 在推广硬齿面技术过程中, 我们还作了解决“断轴”、“选用”等一系列有意义的工作。在七八十年代一直认为国内重载齿轮两大难题“水泥磨减速器”和“轨钢机减速器”, 现在可以说已完全解决。 八十年代末至九十年代初，伴随着渗碳淬火硬齿面齿轮减速器技术的推广，我国的通用齿轮减速器曾经历了一次大的发展，相继制订了几个硬齿面减速器的系列标准，如几个硬齿面减速器标准: ZBJ19004-88、ZBJ19026-90、YB/T050-93。我国有自己知识产权的标准, 如“三环”,行成了以南京高速齿轮箱厂为代表的能够生产硬齿面减速器的一批企业， 对推进我国齿轮技术的进步,缩短与国外先进水平的差距， 促进国民经济的发展作出了重要贡献。八十年代，仅有FLENDER等少数国外公司进入了中国市场,虽然他们在技术上占有优势，但对于迅猛发展起来的中国硬齿面减速器行业来说，尚构不成太大的威胁。九十年代中期以来, 随着国门越来越敞开，国外公司开始大举抢占中国市场,仅在天津就有德国的SEW亚洲制造中心、芬兰圣坦撒罗、德国FLENDER、日本的住友、德国佐轮、日本三木等多家国外公司独资办厂，美国的福克、比利时的HANSEN等许多知名公司也纷纷把自己的通用减速器往中国市场上打（国外公司在中国争的都是通用减速器这一块的市场，专用减速器他们成本高，不占优势）。 这些公司不仅是全球经营，而且是全球制造，它们凭装备、技术、资金和规模的优势大有把中国企业一举打垮之势。有的为了占领中国市场, 甚至毫不掩饰地宣传自己在中国奉行5年内不赢利的倾销方针。九十年代，国外的通用减速器普遍都经历了一次新的更新的更新换代，它们不断推出的新的更新换代的硬齿面通用减速器标准, 不但在承载能力等主要技术指标上又有大的提高, 而且在模块化设计方面都作了新的努力, 相比之下, 我们的标准都已落后, 而且已逐渐失去了价格上的优势。可以说，从1995年开始，我国的硬齿面通用减速器就没有能与国外相抗衡产品了，致使我们的企业在与国外公司的竞争中连连失利，仅几年的时间，眼睁睁看着中国需求高档通用减速器的市场基本上已全被国外公司一个一个地占去，中国的通用减速器行业已面临严重的危机。1.国内通用齿轮减速器技术的新发展由于产品不能及时更新，一直停留在国外八十年代的水平上，致使和国外已经缩得很小的差距又在逐年拉大。现在，总的情况是我们的产品已落后十六年以上, 面对国门的敞开, 已无力对抗国外的挑战。企业在争市场，打低价位战。研究所已企业化。但是，在市场经济大潮的冲击中，在体制变革的阵痛中，我国齿轮界的科研和新产品开发的格局正在悄悄地发生着根本性变化，许多企业正在成为新产品开发和科研的主力军。例如: 好材料20CrNi2Mo热处理如果控制不好,材料的许用弯曲应力会远远低于一般材料20CrMnMo的值。 而国外的齿轮电机的齿轮本来就是普通产品,需求量大面广。其齿轮相对于电机来讲，体积要小，强度不是主要问题，模块式设计容易实现。一般精度67级, 普通材料20CrMnTi（我们认为是差材料, 从来不用）, 只因其质量控制可以稳定在较高的水平线上，国内不少人就把它看成高挡产品，就觉得比国内的好。事实上，我们用的材料比他们好, 加工精度比他们高, 采用的工艺手段比他们多, 我们没有理由不比他们作得更好。我们至少在以下 几个方面占有优势（可比国外做得好）:（a）国外的模块化设计仍不是很理想, 大多都是以牺牲强度为代价, 大多规格的各级齿轮间严重不等强度。（b）国外市场不是专门为中国人设计的, 照顾不到中国的“使用环境”。如FLENDER的H-B系列，SEW的MC系列把箱体作成整体式的, 不考虑用户的维修性, 对中国的用户不考虑维修性是不现实的。我们在看到国外产品优势的同时, 认真去学习它、研究它, 吸取众家之长, 长为我所用, 同时又不迷信它, 针对它的不足去解决它、完善它, 以人之长, 补已之短, 紧紧结合国情付予它新的特点, 我们一定能开发出能与国外比美、比高低的产品。在中硬齿面领域内的新突破形势: 软齿面和中硬齿面在中国仍占据很大市场, 在相当长时间内不可能被取代。形势逼迫采用这类减速器的企业必须进行改造, 但又无力升级到硬齿面, 迫切需要制造成本低、技术附加值高的产品。减速器由软齿面改成中硬齿面后, 由于性能价格比反而降低, 没有生命力, 推广不开（如ZDZ、QJ系列）, 致使软齿面减速器禁而不止, 严重制约了配套主机的技术水平的提高。我国在圆弧齿面方面作了很多工作, 到90年代, 双圆弧齿轮技术已经很成熟, 但由于认识等方面的原因, 推广得很不够, 很长时间没有形成通用系列产品。九十年代, 一项新成果“点线啮合齿轮传动技术”的出现引起了我们高度的重视, 它兼具渐开线和圆弧两种齿轮的特点, 特别是加工简便、承载能力高、噪声低等优点极具特色。虽然, 当时只是在软齿面获得应用, 也没真正形成系列, 但是我们看准了它有生命力, 我们决定通过我们的努力把它转化成生产力。我们采取换肚子的办法, 把YNK系列中的硬齿面渐开线齿轮分别换成中硬齿面的双圆弧齿轮、中硬齿面的点线啮合齿轮, 开发出了:HNK系列中硬齿面双圆弧齿轮减速器和DNK系列中硬齿面点线啮合减速器。这两类减速器的承载能力都比中硬齿面的渐开线齿轮提高12倍, 达硬齿面的55%75%, DNK的噪声还低510dB(A), 性能价格比高, 市场前景看好。我们把YNK、HNK、DNK三类减速器采用相同的外形尺寸, 给用户的选择提供尽可能大的灵活性。我们成功地开发出DQJ、DZQ系列起重机用点线啮合齿轮减速器, 以取代QJ、ZQ系列渐开线齿轮减速器。 DQJ，DZQ系列中硬齿面点线啮合齿轮减速器是为替代QJ系列渐开线中硬齿面的起重机减速器和软齿面的ZQ，JZQ减速器而开发的。由于其承载能力高，噪声明显低，价格比硬齿面减速器低得多，用于起重机减速器时会显示出极大的生命力和优势，预计不久就会成为众多起重机用户的首选产品。 DQJ系列减速器的外形安装尺寸和QJ系列相同，承载能力提高一档，传递同样功率，重量可减轻30%左右。 起重机提升机构减速器的输入、输出轴端在同一侧，分别和电动机和卷筒相联，减速器中心距不宜太小。当采用硬齿面减速器时，往往会造成承载能力和造价的浪费（结构不允许小），这时采用DQJ系列点线啮合齿轮减速器，即可满足强度、寿命和可靠度要求，又可降低噪声，提高起重机的性能档次，又可降低成本，不失为最佳选择。 DZQ系列减速器的外形安装尺寸和ZQ系列相同，承载能力提高幅度更大，主要是为原采用ZQ，JZQ减速器的老用户的设备更新而设计的。预计更新后，使用寿命可以提高5倍以上。并成功开发出PR系列硬齿面的模块式齿轮减速器系列。PR系列的研制是我公司迎接我国加入WTO，实现产品规模生产的结构调整和产品质量质的飞跃的重大战略举措。它以赶超世界先进水平为目标, 以独创的模块化设计方法为手段,以生产世界一流的能与国外抗衡的产品和企业取得规模效益为目的。PR系列是以全新的设计思想设计的，以全新的制造和质量意识制造的全新产品，既凝聚了世界众家之长, 又处处考虑了结合国情。PR系列的研制, 我们花费了八年的时间。1993年后开始准备, 收集研究国外资料, 研究新的模块化设计方法。1997年开始设计计算, 先后设计出大的型谱方案数十个,小的型谱方案数千个，经过多次筛选和试用, 直到2000年才正式确定型谱。 1997年至1998年作了四种材料的弯曲疲劳极限的试验, 为强度计算提供基础依据。1998年至2000年, 用了三年多时间作了12台样机的疲劳寿命试验和型式试验。2000年完成典型规格的箱体3维设计和有限元结构分析。从样机到最后定型，减速器的外形已经过3次大的改型。 2000年完成用户选型专家系统编制。2001年开始单件小批生产。2002年已把把PR系列全面推向市场。在港口，矿山，煤炭，钢铁，化工，电力，起重运输，核工业，造纸等许多行业取代国外产品获得成功的应用。PR系列模块式齿轮减速器包括P系列圆柱齿轮减速器，R系列圆锥圆柱齿轮减速器和V系列竖立轴减速器三大类产品。 本系列减速器的齿轮精度按ISO1328 -1: 1995圆柱齿轮精度制，齿轮强度计算按ISO6336：1996直齿和斜齿轮承载能力计算方法。这两个最新国际标准是ISO经过20年的努力，以德国DIN标准为母型，吸取其他发达国家标准的先进成份制订的，所反映的是国际齿轮的最新研究成果和国际间认同的准则，具有权威性。 齿轮和热处理的质量按ISO6336-5:1996 直齿和斜齿轮承载能力计算方法控制。 由于减速器还没有统一的国际标准，本系列减速器的技术条件就参考了刚刚制订的ISO/WD13593技术报告中的有关内容，具有超前性。PR减速器还符合美国ANSI/AGMA6010-E88闭式直齿和斜齿轮传动装置标准。 1)热处理按最高标准控制齿轮均采用优质合金钢 17Cr2Ni2MoA或 20CrNi2MoA渗碳淬火 精加工制成，齿轮和热处理的质量按ISO6336-1996的最高级别ME级控制。而国外许多公司不是用这种好材料，据了解，某公司的齿轮电机齿轮用的就是20CrMnTi, 这种材料我们认为是一种差的材料，从来不用。国外许多公司齿轮和热処理的质量不是按ISO6336-1996的最高级别ME级控制的，而是按ISO6336-1996的中等级别MQ级控制的，比如HANSEN 公司就是这样。 2)采用更高的精度并修形齿轮的精度等级为 ISO1328 -1: 1995的5级精度（ 相当于德国DIN 标准的5级），而国外公司一般都按6级精度（不排除加工后的实际精度也有达到5级精度的齿轮），有的公司的齿轮电机齿轮的精度为6 7 级。齿轮均进行恰到好処的齿廓修整，小齿轮均进行恰到好的螺旋綫修整，齿向载荷分布均匀，强度高，低噪音，低振动。3)单圆弧圆滑过度，齿根喷丸强化，残余压应力高，齿根弯曲强度高。而国外公司一般不喷丸。我们的齿根比许多国外公司作得好。不少国外公司的齿根由于R小，磨齿时常常磨到齿根，使危险截面应力集中，产生拉应力，大大降低齿根弯曲强度高。下图为两种齿根的对比。 国外公司产品的多级之间不是等强度，最高和最低安全系数差别往往很大，也就是说，其模块化设计往往以牺牲一部分强度为代价，而我们采用独创的模块化方法设计，不但有效地避免了国外模块式设计所造成的各级间强度不均衡和强度浪费，规格的确定更合理，而且系列的主要零件品种规格比国外许多公司的少得多，更容易形成批量。 由于采用了以上措施，PR系列减速器的实际使用功率可比我国现行的硬齿面减速器提高一倍以上。随机抽取规格作对比，可看出PR系列可和国外任何公司产品的承载能力,质量相竞争。国内减速器的噪声指标中小规格为85dB(A)。经实测PR系列都在70dB(A)左右，大规格的一般也小于80dB(A)，达到国外最先进的水平。 2.信息化趋势人们利用计算机能对各种可能的设计方实进行计算、分析和比较，并通过优选，取得较为理想的结果.例如在分析齿面接触区，求啮合线与相对速度夹角中，对弹流润滑计算以及几何参数计算等方面编制了程序。还有，在齿轮修形计算与齿轮承载能力计算方面都编有程序.我国已编制了GB3480-83渐开线圆柱齿轮承载能力计算标准的程序软件,供生产应用.在齿轮加工方面，可以利用计算机控制整个切齿过程.使制造质量稳定可靠.目前，国内在研究应用微机对弧齿锥齿轮的切齿调整卡进行计算，可对加工偏差及时调整.使齿面接触达到比较理想的位置，并大大提高了工效。此外，根据数控原理，应用微机对环面蜗杆螺旋齿面进行抛物线修形，已经应用于生产。虽然这方面的工作在国内还处于起步阶段，但它对提高齿轮制造质量和技术水平具有重要意义。而在国内传动件产品的出口方面，目前仍以多中、小功率中、小规格产品批量出口或随主机出口为主要形式，这一方面的市场份额仍比较小，努力提高产品的质量和可扩性，积极开拓国际市场，应是国内企业寻求市场机发展的一个重要出路。1.2.2 我国减速器与国外的差距 简而言之，我国原有减速器与国外的差距主要表现在两个方面：技术水平的差距和生产规模的差距。现结合介绍国外技术的发展，着重讲技术水平的差距。1.能力又大幅度提高以FLENDER公司为例, 同样（或基本接近）的中心距1995年样本的额定功率比1988年样本提高1020%, 1997年样本又比1995年样本提高了约20% , 1999年样本又比1997年样本提高了约10%。除个别公司外, 国外著名公司产品样本的承载能力大致在同一条水平线上。承载能力能提高的主要原因, 是技术的成熟、质量控制水平的提高和稳定, 部分公司采用了修形技术等。而我国现在仍然一直在唱主角的ZBJ19004-88和TB/T050-93减速器的额定功率仅分别和FLENDER 1985，1988年样本值相当，即使能达到标准的水平(很多厂达不到),也比人家落后16年,且差距越来越大。同时,由于国外质量控制水平的提高和稳定,选用系数减小。实际选下来，有时国外的减速器可能比我们国产的轻一半左右，就造成选国外的报价会比国产的便宜。质量不如人家，价格上的优势又丧失，国产减速器就压根没法与国外竞争。2. 模块化设计方面作了新的努力比利时HANSEN公司最早在减速器设计中成功地应用了模块化技术, 开发出HPP系列。住友公司引进HANSEN技术, 推广了HPP产品。80年代国外大多公司的产品（FLENDER、SEW、Thyssen）的中心距等主要参数都采用了R20优先数, 大大减少了主要件的品种规格, 部分实现了模块化设计, 我国的几个标准基本上都以此为母型开发的。这类方法总地说仍是模块化程度不高, 零件难以形成大的批量。90年代FLENDER彻底甩掉原来的系列体制, 按模块化的思路开发出方形的HB系列。 HANSEN又丢弃了多面安装的HPP的长方外形, 开发出P4系列, 其小规格仍继承了HPP的中心距。Sew（Santasalo）在继续保留原优先数中心距的产品外, 又在中小常用规格开发出M, MC系列。住友公司仍是采用HPP的外形, 采用25齿形角, 2、3、4级用同样的箱体的办法, 开发出8000系列，2001年又开发出9000系列。各公司的模块化设计各有特色，共同点几乎都是把输入锥齿轮轴部分作成单独模块组装到圆柱齿轮箱体上，使两类产品的箱体通用。3.进一步采取降噪措施FLENDER、HANSEN都是通过改进齿轮的参数和箱体的结构设计来降低噪声。按HANSEN公司标准, P4的噪声比HPP低2.5-9 dB(A)。4. 进一步改进密封和外观 密封是各国外公司的重点改进点之一，既要无渗漏，又要摩擦磨损少，功耗发热少。HANSEN，FLENDER，SEW，FALK等公司都研制了自己的密封结构。高速轴多为非接触的迷宫式。许多公司越来越重视减速器的外观造型设计，如HANSEN的P4减速器的外型就是请专业人员设计的。许多减速器都像工艺品一样漂亮。 而国产减速器不但外形差，漏油等现象仍很普遍，难以根制。 国产减速器技术水平的差距还表现在传动效率低，热功率低，可靠性差等方面。国外公司的通用减速器生产都已形成相当的规模，因而可有效地降低成本，增强竞争力。如日本住友公司的一个制造所就月产齿轮电机25000台；月产模块化通用减速器850台。而我国生产齿轮减速器的专业厂虽高达近200家，但能生产硬齿面齿轮减速器且有一定量的也就是30家左右。硬齿面齿轮通用减速器这一块，都是单件小批生产，产量最高的年产数百台，产值不超过5000万元，低的也就是几百万。把所有骨干企业加到一起，产值产量也或许敌不上国外公司的一个厂。5. ISO开始着手制订减速器的技术条件标准 截止目前为止, 除AGMA外, 世界各公司的产品都是按各自的经验和条件生产自己的产品, 没有统一的标准, 使得工况系数的选用不一致, 使用寿命没有统一的规定, 热功率计算不准, 某些商业炒作因素难以排除, 给用户的选用带来很大的不便。90年代ISO开始起草ISO/WD13593工业闭式齿轮传动装置“Enclosed Gear Drives for Industrial Applications”的技术报告草案, 其内容包含: 直齿、斜齿轮装置、承载能力, 计算规则, 应用范围的通则。其中的工况系数KSF值采用AGMA的值, 给出了两种详细计算热功率的方法, 并首次提出按满足100%的载荷运行10000小时加上200%的载荷运行10000次的循环次数来确定额定功率的方法。ISO标准的制订, 必将进一步规范世界减速器行业的行为, 促进减速器技术的发展。 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。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-Newton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。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。 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。1.3 减速器的市场发展前景随着市场需求的回落和国外同行厂商大规模进入国内市场，行业竞争必将进一步加剧，这也必将促进行业企业间的并购、整合甚至转型。在产品的销售市场竞争方面，国外厂商近几年在中国的扩展势头愈来愈强，SEW公司继续在全国部署生产及销售基地，扩大市场份额。FLEDER公司、邦飞公司、布雷维尼公司及FORK、住友等公司也都加大了在中国建立生产基地及销售中心的步伐，积极向各个行业渗透，国外厂商先进的管理、经营理念，丰富的市场实战及拓展经验和各具特色的产品系列将会对国内厂商产生强烈的挑战和冲击，国内生产企业感受到的将会是愈来愈激烈的国内外同业者的竞争。山东科技大学泰山科技学院毕业论文第二章 减速器的构造、分类及应用2.1 减速器的构造及特点减速器结构因其类型、用途不同而异。但无论何种类型的减速器，其基本结构都是由轴系零件、箱体及附件三大部分3。2.1.1 轴系零件轴系零件包括传动件、轴和轴承组合4。1）传动件：减速器箱外传动件有联轴器、连论、带轮等；箱内传动件有斜齿轮齿轮、螺旋锥齿轮、斜齿轮轴、锥齿轮轴等。传动件决定减速器的技术特性，通常根据传动件的种类命名减速器。2）轴：传动件装在轴上以实现回转运动和传递功率，减速器普通采用阶梯轴。传动件和轴多以平键联接。3）轴承组合：轴承组合包括轴承、轴承座、轴承端盖、密封装置以及调整垫片等。轴承是支撑轴的部件。由于滚动轴承摩擦系数比普通滑动轴承小，运动精度高在轴径尺寸相同时，滚动轴承宽度比滑动轴承小，可使减速器轴向结构紧凑，润滑、维护方便等，所以减速器广泛采用滚动轴承。本减速器主要用了交接触球轴承、锥轴承、圆柱滚子轴承、推力球轴承等。轴承端盖是用来固定轴承，承受轴向力，以及调整轴承间隙，轴承盖有嵌入式和凸缘式两种，凸缘式调整轴承间隙方便，密封性好；嵌入式质量较轻。密封是在输入和输出轴外伸处，为防止灰尘、水气及其它杂质浸入轴承，引起轴承急剧磨损和腐蚀，以及防止润滑剂外漏，需要在轴承盖孔中设置密封装置。调整垫片是为了调整间隙，有时也为了调整传动件（如锥齿轮）的轴向位置，需调整调整间隙，调整垫片是由若干薄钢片组成。2.1.2 箱体减速器箱体是用以支持和固定轴系零件，保证传动件的啮合精度、良好的润滑及密封的重要零件，箱体的质量约占减速器总质量的50%，因此，箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺，材料消耗、质量及成本等有很大影响，设计时必须全面考虑。减速器箱体按毛坯制造工艺和材料种类可以分为铸造箱体和焊接箱体。铸造箱体的材料一般选用铸铁（HT200、HT250）。铸造箱体较易获的合理和复杂的结构形状，刚度好，易进行切削加工，但制造周期长，质量较大，因而多用于成批生产，焊接箱体比铸造箱体壁厚薄，质量轻1/4-1/2，生产周期短，多用于单件、小批量生产。减速器箱体从结构形式上可以分为剖分式箱体和整体式箱体，剖分式箱体的箱体面多为水平面，与传动轴心线平面重合，一般减速器只有一个剖分面，对于大型立式减速器，为便于安装和制造，也可采用两个剖分面。2.1.3 附件为了使减速器具备较完善的性能，如注油、排油、通气、吊运、检查油面高度、检查传动件的啮合情况、保证加工精度和装拆方便等；在减速器箱体上常设置一些装置或零件，将这些装置和零件及箱体上相应的局部结构统称为减速器附属装置或简称为附件，包括视油器、油标、放油螺塞、定位销、启盖螺钉等。齿轮主要表面的粗造度。减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，广泛应用于农业机械、纺织机械、冶金机械、矿山机械、工程机械、石油机械、起重运输机械、医疗器械、化工机械、印染机械、光学机械、拖拉机、军用车辆、机床、机车等行业中。 2.2 减速器的分类和应用减速器的形式多样，特点各异。可以先了解一下减速器的外观,如图2-1所示：齿轮减速器的类型很多，其分类方法一般有下列几种形式4： 图2-1 减速器的外观2.3 结论在本次设计中采用斜齿-螺旋锥齿轮传动，其优点是结构紧凑，传动比大，传动平稳，噪音低。缺点是传动效率低，发热量大，传递功率较小，成本较高。根据齿轮-螺旋锥齿轮减速器的工作特点和结构要求，将可靠性优化设计方法应用于减速器设计，使齿轮-螺旋锥齿轮减速器在满足承载能力及强度要求条件下，效率最高、体积最小、润滑条件最佳。采用了斜齿-螺旋锥齿轮形式，使结构更加合理化，它不仅改变了比两级齿轮传动具有更高的传动效率和承载能力，而且在结构布局上缩小了空间占地面积，同时在相近体积条件下，能获得更大传动比，更有利于设备的配置，该机能与各种减、变速机组合，满足不同的使用要求。在本毕业设计说明书中，可以清楚的了解，在第一章可以知道减速器的国内外发展现状和发展趋势，第二章是减速器的构造、特点及应用，第三章是运动和动力参数及传动零件的设计计算，第四章是轴、轴承和键的设计和校核，第五章是减速器的润滑和密封，第六章是公差与配合及粗糙度的标注。山东科技大学泰山科技学院毕业论文第三章 运动和动力参数及传动零件的设计计算3.1 传动比的分配高速级传动比 i1=4 低速级传动比 i/ i1=16/4=4 3.2 运动和动力参数设计计算1) 所选的电动机型号为：按照工作要求选用Y系列三相异步电动机，电压为380V,型号为Y100L2-4.具体要求如下表所示型号额定功率满载转速质量Y100L2-43KW1400r/min38kg2) 角接触球轴承的传递效率为0.99，齿轮的传递精度为0.97。 3) 高速轴的输入功率为：P1=3 转速为： 4) 低速轴的输入功率为： 3.3 高速轴，锥齿轮轴所采用的结构特点1. 采用斜齿圆柱齿轮10由于直齿圆柱齿轮啮合时，齿面的沿齿宽方向的接触线是平行于齿轮轴线的直线，轮齿是沿整个齿宽同时进入啮合，同时脱离啮合的，只是轮齿所承受的载荷沿齿宽突然加上，突然卸下，所以直齿轮传动的平稳性较差，容易产生冲击和噪声，不适用于高速和重载的传动中，为了克服这个缺点，适应机器速度提高、功率增大的需要，常采用斜齿圆柱齿轮，使传动工作平稳，承载能力大。2. 采用齿轮轴对于直径很小的齿轮，当圆柱齿轮的齿根圆至键槽底部的距离x(22.5)m时，或者齿顶圆直径小于200时，如果把轴和齿轮分开制造，则当齿轮受载时，在该处常因强度不够而首先破坏，为此应将齿轮和轴制成一体的，齿轮轴的刚度较好，但由于齿轮轴的工艺性差，选材又难以兼顾齿轮和轴的不同要求，且齿轮损坏时，轴与整个齿轮将同时报废，造成浪费。 3. 螺旋锥齿轮形式在满足强度和使用寿命的条件下，螺旋锥齿轮一般情况下做成分开的形式，即锥齿轮和相应的轴制造的材料不相同，节约贵重金属，并且螺旋锥齿轮和一般齿轮传动与其他传动相比，具有下列的特点：二级螺旋锥齿轮立式减速器采用齿轮齿轮传动方式，本减速器为螺旋锥齿轮立式减速器，动力通过螺旋锥齿轮，二级斜齿轮，实现减速，传动效率高、传递扭矩大、抗过载能力强、传娣扭矩大、抗过载能力强、传动比范围宽使整机工作性能稳定可靠，体积小，重量轻，节省空间，可靠耐用，承受过载能力高，便于使用传动比大，结构紧凑：在一般的传动中，i=1080，在分度机构中（只传递运动），I可达到1000，因而结构紧凑。3.4 斜齿轮和螺旋锥齿轮的尺寸计算1. 斜齿轮尺寸计算，高速级小齿轮：分度圆直径： 顶圆直径：根圆直径：df=大齿轮： 分度圆直径： 顶圆直径：根圆直径：df=中心距：a=1/2()=1/2(53.5+219.6)=136.55mm齿宽为：b1=62mm，此宽度可以作为大齿轮的齿宽，则小齿轮的齿宽为 b2=52mm2. 螺旋锥齿轮的尺寸计算， ， ，大螺旋锥齿轮：分度圆直径：z1=270mm 顶圆直径：根圆直径：df=-3.35=266.65mm小螺旋锥齿轮：分度圆直径：d1= 顶圆直径：76.31mm根圆直径：df=山东科技大学泰山科技学院毕业论文第四章 轴、轴承和键的设计计算及校核4.1 轴的设计4.1.1 轴的初步设计减速器功率不大，并无特殊要求，故选最常用的45号钢并作正火火调质处理，由表查=520N/。在进行轴的结构设计之前，应首先初步计算轴的直径。一般按受扭作用下的扭转强度估算轴的直径，计算公式为： mm (5-1)式中：P轴所传递的功率，kWn轴的转速r/minA由轴的许用切应力所确定的系数，查有关资料取较大值为110。利用上式估算直径时，应注意以以下问题：1对外伸轴，由上式计算得的轴径常作为轴的最小直径（轴段直径），这时应取较小的A值。2当计算轴径出有键槽时，应适当增大轴径以补偿键槽对轴强度的削弱。3当外伸轴通过连轴器与电机联结时，则初算直径d必须与电机轴和联轴器孔相匹配，必要时应适当增减轴径d的尺寸。4.1.2 轴的结构工艺性轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零件，在满足功能要求的前提下，轴的结构应尽量简单。轴的结构工艺性对轴的强度有很大影响，为此应采用下面合理的工艺措施：1为方便轴上零件装拆的装拆，轴常制成阶梯形，相邻两轴段的直径相差不应过大，并应该有圆角过渡，过度圆角直径应尽可能大些，以减小应力集中。但对定位轴肩还必须保证零件得到可靠的定位，当靠轴肩定位的圆角半径很小时，为了增大轴肩出的圆角半径可采用内凹圆角或加装隔离环。2为使轴上零件容易装配，轴端应有45的倒角。3需要磨削的轴段应有砂轮越程槽，需要车制螺纹的轴段应有退刀槽。4当轴上有几个键槽时，应尽可能使键槽布置在同一母线上，以便于键槽加工。5与标准件（如滚动轴承，联轴器，密封圈等）配合的轴段，应取为相应的标准值及所选配合的公差。6为使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面的擦伤，在配合轴段前应减少较小的直径。为使与轴作过盈配合的零件易于配合，相配轴段的压入端应制出锥度，或在同一轴段的二个部位采用不同的尺寸公差。4.2 轴的设计4.2.1 各轴的数据计算（1）轴高速轴的数据：， （2）轴低速轴的数据： 注：为齿轮传动效率，取；=0.99轴的材料选用45钢，加工方法调质处理。（1） 估算轴的最小直径 轴的直径 式中查文献6确定45钢 14.44mm对于直径d100mm的轴，有一个键槽时，轴径应增大即增大至 （为了与外接部件轴径接近，取）。4.2.2 输入轴的设计 图4-1输入轴（2） 确定各轴段的尺寸 段轴的尺寸 ， 段轴的尺寸 ，段轴的尺寸 ，段轴的尺寸 ，段轴的尺寸 ，段轴的尺寸 ，段轴的尺寸 ，轴的材料选用45钢，加工方法调质处理。（1）估算轴的最小直径 轴的直径 式中查文献确定45钢 取4.2.3 输出轴的设计图4-2 输出轴4.2.4 锥齿轮轮轴的设计轴的材料选用45钢，加工方法调质处理。（1）估算轴的最小直径 轴的直径 式中查文献确定45钢 取4.3 轴的校核查轴的常用材料及其力学性能，得抗拉强度，屈服点。查轴的许用弯曲应力表，得，。4.3.1 输入轴的校核 （一） 按弯扭合成应力校核轴的强度（）计算作用在轴上的力 1）输入轴受力分析圆周力径向力轴向力2）输出受力分析圆周力径向力（2）进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。由式式中：轴的计算应力，单位为 M轴所受的弯矩，单位为 T轴所受的扭矩，单位为 W轴的抗弯截面系数，单位为 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力并取，轴的计算应力 ， 故安全。 （3）精确校核轴的疲劳强度图4-3 轴的力分析图 通常只校核轴上受最大弯矩和最大扭矩的截面强度1)截面左侧疲劳强度校核 弯截面系数 扭截面系数 面左侧弯矩 面上的弯曲应力 面上的扭转切应力 轴的材料为45钢，调质处理。查得，轴材料的敏性系数，轴肩理论应力集中系数 ，有效应力集中系数 轴按磨削加工，表面质量系数为疲劳强度综合影响系数: 碳钢特性系数： 取 取仅有弯曲正应力时计算安全系数 仅有扭转切应力时计算安全系数 =9.4弯扭联合作用下的计算安全系数 S=1.5故可知其安全。2) 截面右侧疲劳强度校核抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧弯矩 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45钢，调质处理。查得，轴材料的敏性系数，轴肩理论应力集中系数 ， 有效应力系数 碳钢特性系数： 取 取仅有弯曲正应力时计算安全系数 仅有扭转切应力时计算安全系数 =9.4弯扭联合作用下的计算安全系数 S=1.5故该轴在截面右侧强度也是足够的。4.3.2 输出