毕业设计--二级圆柱齿轮减速器机盖的数控加工工艺设计.doc

毕业论文 设计 任务书 院(系) 机械工程学院 专业班级 机自专 081 学生姓名 闫宇阳 一、毕业论文设计题目 二级圆柱齿轮减速器机盖的数控加工工艺设计 二、毕业论文设计工作自_2011年_4月_20 _日 起至_2011_年 4 月_20 _日止 三、毕业论文设计进行地点: 校 内 四、毕业论文设计的内容要求： 设计二级圆柱齿轮减速器机盖的数控加工工艺 ，具体任务如下: 绘制二级圆柱齿轮减速器机盖的零件图； 设计二级圆柱齿轮减速器机盖的数控加工工艺，编制数控加工工艺卡； 用三维软件（UG 或 PRO/E 或 Solidwork 或 Master CAM 等）对二级圆柱齿轮减速 器机盖进行建模；对其模拟加工过程进行录像；并用其自动编程功能生成数控加工的代 码。 编写设计说明书 1 份，内容完整，文理清晰，不少于 1 万字。 指 导 教 师 王燕燕 系(教 研 室) 机 自 系(教研室)主任签名 批准日期 接受论文 (设计)任务开始执行日期 学生签名 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 2 页 共 41 页 摘要摘要 减速器是由封闭在刚性壳内所有齿轮的传动组成的一独立完整的机构。通过此次 设计可以初步掌握一般简单机械的完整设计及了解构成减速器的通用零部件。 齿轮传动是应用极为广泛和特别重要的一种机械传动形式，它可以用来在空间的 任意轴之间传递运动和动力，目前齿轮传动装置正逐步向小型化，高速化，低噪声， 高可靠性和硬齿面技术方向发展，齿轮传动具有传动平稳可靠，传动效率高（一般可 以达到 94%以上，精度较高的圆柱齿轮副可以达到 99%），传递功率范围广（可以从仪 表中齿轮微小功率的传动到大型动力机械几万千瓦功率的传动）速度范围广（齿轮的 圆周速度可以从 0.1m/s 到 200m/s 或更高，转速可以从 1r/min 到 20000r/min 或更高） ，结构紧凑，维护方便等优点。因此，它在各种机械设备和仪器仪表中被广泛使用， 本设计就是采用齿轮传动。 关键词：减速器 零部件 齿轮传动 机械传动 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 3 页 共 41 页 AbstractAbstract The reducer is closed by the shell in the stiffness of the drive gear of all components of a complete independence. With this initial design can be simple to master the general mechanical design and a complete understanding of the reducer constitute the common parts. Gear is a wide range of applications and of particular importance in the form of a mechanical transmission, which can be used in any space between the axis movement and power transmission, the current transmission gear is gradually to the small-scale, high-speed, low noise, high reliability Hardened and technology development, transmission gear drive with a smooth and reliable, high-efficiency drive (generally more than 94%, higher precision cylindrical gear pair can reach 99%), power transmission and wide (from the instrument in gear Small to large-scale transmission of the power plant tens of thousands of kilowatts of power transmission) and wide speed (the speed of gear from the circumference of 0.1m / s to 200m / s or higher, the speed can be higher or 1r/min to 20000r/min ), Compact, easy to maintain, and other advantages. As a result, in a variety of mechanical equipment and instrumentation in the wide use of this gear is the subject of a typical gear drive. Key words: reducer remnant gear transmission mechanical transmission 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 4 页 共 41 页 目录目录 前言前言 4 第一章第一章 文献检索文献检索 6 1.1. 减速器 6 1.1.1.减速器的发展与前景 6 1.1.2.减速器的分类 7 1.1.3.减速器的构造 7 2.1. AutoCAD 简介 10 3.1. Pro/Engineer（Pro/Engineer 操作软件）简介 10 第二章第二章 减速器的设计减速器的设计 13 2.1. 机械传动装置设计 13 2.1.1.选择传动形式的基本原则 13 2.1.2.传动零部件的设计计算 15 2.1.3.传动零部件设计应注意的问题 24 2.2工艺卡 25 2.2.1箱体类零件特点 25 2.2.2工艺过程设计应考虑的问题 25 2.2.3剖分式减速箱体加工定位基准的选择 26 2.2.4分离式减速箱体加工的工艺过程 27 2.3. CAD 二维图 28 2.4. 三维模型 29 第三章第三章 数控加工过程数控加工过程 34 3.1 NC 代码 34 3.1.1.对合面铣削 34 3.1.2.钻连接孔 35 第四章第四章 小结小结 38 第五章第五章 致谢致谢 39 第六章第六章 参考文献参考文献 40 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 5 页 共 41 页 前言前言 随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提 高，更新换代频繁，生产类型有大批量生产向多品种、小批量生产转化。因此，对机 械产品的加工相应地提出了高精度，高柔性与高度自动化的要求。所以通过本次设计 使我们更好的掌握所学知识，同时也为我们以后的发展做铺垫。 本次设计主要运用到机械制造基础课程设计也机械加工工艺等专业知识，并进行 了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运用机械 制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决 了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设 计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。 能熟练运用机械制造技术基础课程重大理论以及在生产实践中学到的 实践知识， 正确地解决一个零件在加工中的 定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题， 保证零件的加工质量。 提高结构设计能力。学生通过零件设计的训练，应获得根据被加工零件的加工要 求，设计出高效、省力经济合理而能保证加工质量的 能力。 学会使用手册、图标及数据库资料。掌握与本设计的各种资料的名称、出处、能 够做到熟练运用。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 6 页 共 41 页 第一章第一章 文献检索文献检索 1.1.1.1.减速器减速器 1.1.1.1.1.1.减速器的发展与前景减速器的发展与前景 减速机在我国的发展已有近 40 年的历史，广泛应用于国民经济及国防工业的各个 领域。产品已从最初单一的摆线减速机，发展到现在五大类产品，即摆线减速机、无 级变速器、齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、电动滚筒。据初步统计，减速机用量比较 大的行业主要有：电力机械、冶金机械、环保机械、电子电器、筑路机械、化工机械、 食品机械、轻工机械、矿山机械、输送机械、建筑机械、建材机械、水泥机械、橡胶 机械、水利机械、石油机械等，这些行业使用减速机产品的数量已占全国各行业使用 减速机总数的 60%70%。 “十五”期间，由于国家采取了积极的财政政策，拉动了内需，固定资产投资力度 加大，各行业的发展驶入了快车道。特别是基础建设的投资，使冶金、电力、建筑机 械、建筑材料、能源等加快了发展，因此，对减速机的需求也逐步扩大。预计“十一 五”期间，随着国家对机械制造业的重视，重大装备国产化进程的加快以及城市改造、 场馆建设等工程项目的开工，减速机的市场前景看好，整个行业仍将保持快速发展态 势，尤其是齿轮减速机的增长将会大幅度提高，这与进口设备大多配套采用齿轮减速 机有关。因此，业内专家希望企业抓紧开发制造齿轮减速机，尤其是大型硬齿面减速 机及中、小功率减速机，以满足市场的需求 减速器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的作用，在现代 机械中应用极为广泛。减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的 设计、制造和使用特点各不相同。20 世纪 7080 年代，世界上减速器技术有了很大的 发展，且与新技术革命的发展紧密结合。 中国已经成为一个机械产品大国，大型减速器是大型的机械制造工厂的必需产品， 这就意味着，大型减速器在我国会需求有所上升。但在大型减速器方面，从中国国际 招标网的数据看来，国内企业在国内的国际招标中不论技术还是工艺现阶段已经处于 下风，我国需要的减速器基本依靠进口。传动设备是机械制造领域的重要组成部分， 是整个国家制造业的基础，一旦这个领域失去了竞争优势，那么我国机械制造业将全 面受制于外资。 国内企业应该警惕起来，积极向国外引进先进的技术或加快自主研发的步伐才是 上乘之选。如果在技术上还停滞不前的话，根据国家鼓励机电产品进口的政策，当进 口产品能够很好的满足业主在各方面的要求的话，减速器国内生产企业国家将会面临 一个更为严峻的局面。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 7 页 共 41 页 对于传动行业标准落后的现象也国家应该重视起来，现在的减速器标准还是1985 年的标准，标准应该依照技术的更新而进行改进，与国际标准接轨。这样，国内企业生 产的产品才能跟上国际的步伐，起码能够在国内的政府采购和国际招标中占据一席之 地。 1.1.2.1.1.2.减速器分类减速器分类 减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮蜗杆传动所组 成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置；在少数场合下也用 作增速的传动装置，这时就称为增速器。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，故在现代机措中应用很广。 减速器的种类很多。常用的齿轮及蜗杆减速器按其传动及结构特点，大致可分为 三类： (1)齿轮减速器：主要有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥圆柱齿轮减速 器三种。 (2)蜗杆减速器：主要有圆柱蜗杆减速器、圆弧齿蜗杆减速器、锥蜗杆减速器和蜗 杆齿轮减速器等。 (3)行星减速器：主要有渐开线行星齿轮减速器、摆线针轮减速器和谐波齿轮减速 器等。 按传动级数主要分为：单级、二级、多级；按传动件类型又可分为：齿轮、蜗杆、 齿轮-蜗杆、蜗杆-齿轮等。 1.1.3.1.1.3.减速器的构造减速器的构造 减速器主要由传动零件（齿轮或蜗杆等） 、轴、轴承、箱体及其附件所组成。 现 简要介绍一下减速器的构造。 （1）齿轮、轴及轴承组合 图 11 中小齿轮与高速轴制成一体，即采用齿轮轴结构。这种结构用于齿轮直径 和轴的直径相差不大的场合。大齿轮装配在低速轴上，利用平键作周向固定。轴上零 件利用轴肩、轴套和轴承盖作轴向固定。由于齿轮啮合时有轴向分力，故两轴均采用 一对圆锥滚子轴承支承，承受径向载荷和轴向载荷的复合作用。轴承采用润滑油润滑， 为防止齿轮啮合的热油直接进入轴承，在轴承与小齿轮之间，位于轴承座孔的箱体内 壁处设有档油环。为防止在轴外伸段与轴承透盖接合处箱内润滑剂漏失以及外界灰尘、 异物进入箱内，在轴承透盖中装有密封元件。图中采用接触式唇形密封圈，适用于环 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 8 页 共 41 页 境多尘的场合。 （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。 箱体通常用灰铸铁铸造，对于受冲击载荷的重型减速器也可采用铸钢箱体。单件生产 的减速器，为了简化工艺，降低成本，可采用钢板焊接箱体。 图 11 中箱体是由灰铸铁铸造的。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。上箱盖和下箱座用普通螺栓联接成一整体。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。为了保证箱体具有足够的刚度，在轴承座附近加有 加强肋。为了保证减速器安置在基座上的稳定性，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，图中减速器下箱底座面是采用两块矩形 加工基面。 （3）减速器的附件 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应给 予足够重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、拆装时上 下箱体的精确定位、吊运等辅助零部件的合理选择和设计。 1）观察孔及其盖板 为了检查传动零件的啮合情况、接触斑点、侧隙，并向箱体内注入润滑油，应在 箱体的上部适当位置设置观察孔。图 11 中观察孔设在上箱顶盖能够直接观察到齿轮 啮合部位的地方。平时，观察孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。图中检查孔为长方形， 其大小应允许将手伸入箱内以便检查齿轮啮合情况。 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。为使箱内受热膨胀的空 气能自由地排出以保证箱体内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面和轴伸出段或其他 缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。图 11 中采用的通气器是具有垂直、水平相 通气孔的通气螺塞。通气螺塞旋紧在检查孔盖板的螺孔中。有的通气器结构装有过滤 网，用于工作环境多尘的场合，防尘效果较好。 3）轴承盖和密封装置 为了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密封。轴 承盖有凸缘式和嵌入式两种。图 11 采用的是凸缘式轴承盖利用六角螺钉固定在箱 体上。在轴伸处的轴承盖是透盖，透盖中装有密封装置。凸缘式轴承盖的优点是拆装、 调整轴承比较方便，但和嵌入式轴承盖相比，零件数目较多，尺寸较太，外观不够平 整。 轴承稀油润滑时和干油润滑时挡油环的功能和结构都是不同的。轴承稀油润滑时， 挡油环只安装在高速齿轮轴上，其功能是防止齿轮齿侧喷出的热油进入轴承，影响轴 承寿命。当齿根圆直径大于轴承座孔径时，也可不必安装挡油环。当轴承干油（润滑 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 9 页 共 41 页 脂）润滑时，在每个轴承的靠近箱体内壁一侧都应安装挡油环，其作用是阻止箱体内 的液体润滑油稀释轴承中的润滑脂。 5）定位销 为了精确地加工轴承座孔，并保证每次拆装后轴承座的上下半孔始终保持加工时 的位置精度，应在精加工轴承座孔前，在上箱盖和下箱座的联接凸缘上配装定位销。 图 11 采用的两个定位圆锥销安置在箱体纵向两侧联结凸缘上，并呈非对称布置以加 强定位效果。 6）启盖螺钉 为了加强密封效果，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而使分开困难。为此常在箱盖联接凸缘的适当位置，加工出 12 个螺孔，旋入启盖用的圆柱端或平端的启盖螺钉，旋动启盖螺钉便可将上箱盖顶起。 7）油面指示器 为了检查减速器内油池油面的高度，以便经常保证油池内有适当的油量，一般在 箱体便于观察、油面较稳定的部位，装设油面指示器。图 11 采用的油面指示器是油 标尺。 8）放油螺塞 换油时，为了排出污油和清洗剂，应在箱体底部、油池的最低位置处开设放油孔。 平时放油孔用带有细牙螺纹的螺塞堵住。放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的垫圈。 9）油杯 滚动轴承采用润滑脂润滑时，应经常补充润滑脂。因此箱盖轴承座上应加油杯， 供注润滑脂用。 10）起吊装置 为了便于搬运，常需在箱体上设置起吊装置，如在箱体上铸出吊环或吊钩等。图 11 上箱盖设有两个吊环，下箱座铸出两个吊钩。 图 1-1 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 10 页 共 41 页 2.1.2.1. AutoCADAutoCAD 简介简介 AutoCAD 是由美国 Autodesk 公司于 20 世纪 80 年代初为微机上应用 CAD 技术而开 发的绘图程序软件包，经济不断的完善，现已成为世界上广为流行的绘图工具。 AutoCAD 是由美国 Autodesk 公司开发研制的一种通用计算机辅助设计软件包，它 的设计，绘图和相互协作方面展示了强大的技术实力。由于其具有易于学习，使用方 便，系统结构开放等优点，因而深受广大工程技术人员的喜爱。 Autodesk 公司在 1982 年推出了 AutoCAD 的第一个版本 V1.0，随后经由 V2.0,R12,R13,R14,R2000 等经典版本，发展到目前的 Autodesk2008 版。在这 20 多年的时间里， AutoCAD 产品在不断的适应计算机软硬件发展的同时，自身功能也日益增强且趋于完。早期版本 只是绘制二维图的简单工具，画图过程也非常慢，但现在它已集平面作图，三维造型，数据库管理， 渲染着色，互联网等关系于一体，并提供了丰富的工具集。所以这些使用户轻松快捷的进行设计工 作，还能方便的复用各种已有的数据，从而极大的提高了设计效率。如今，AutoCAD 在机械，电 子，建筑，纺织。地理，航空等领域得到了广泛地使用。AutoCAD 在全世界 150 多个国家和地区 广为流行，占据了 75%的国际 CAD 市场。此外，全国具有近千家 AutoCAD 授权中心，有近 3000 家独立的增值开发商，以及 4000 多种基于 AutoCAD 的各种专业应用软件。可以这样说 AutoCAD 已成为微机 CAD 系统的标准，而 DWG 格式文件已是工程设计人员交流思想的公共语言。 AutoCADAutoCAD 的优点的优点 AutoCAD 与其他 CAD 产品相比，具有如下优点： 1. 直观的用户界面，下拉菜单，图标，易于使用的对话框等。 2. 丰富的二维绘图，编辑命令以及建模方式新颖的三位造型功能。 3. 多样的绘图方式，可以通过交互方式绘图，也可以通过编辑自动绘图。 4. 能够对光栅图像和矢量图形进行混合编辑。 5. 产生具有照片真实感的着色，贴渲染速度快，质量高。 6. 多行编辑器与标准的 Windows 系统下的文字处理软件工作方式相同，并支持 Windows 系统的 TrueType 字体。 7. 数据库操作方便且功能完善。 8. 强大的文件兼容性，可通过标准或专用的文字格式与其他 CAD,CAM 系统交换数据。 9. 提供了许多 Internet 工具，使用户可以通过 AutoCAD 在 Web 上打开，插入或保存 图形。 10.开放的体系结构，为其他开发商提供了多元化的开发工具。 3.1.3.1. Pro/EngineerPro/Engineer（Pro/EngineerPro/Engineer 操作软件）简介操作软件）简介 Pro/E（Pro/Engineer 操作软件）是美国参数技术公司（ Parametric Technology Corporation，简称 PTC）的重要产品。在目前的三维造型软件领域中 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 11 页 共 41 页 占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的 认可和推广，是现今最成功的 CAD/CAM 软件之一。 Pro/E 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决牲的相 关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必 安装所有模块。 Pro/E 的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实 现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。 Pro/E 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金 设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。 Pro/Engineer 是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参 数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生 及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer 是一个功 能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋 （Ribs）、槽（Slots）、倒角（ Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段 来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。 这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些 固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一 个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设 计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印机。 Pro/Engineer 还可输出三维和二维图形给予其他 应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现， 用户更可配上 Pro/Engineer 软件的其它模块或自行利用 C 语言编程，以增强软 件的功能。它在单用户环境下 (没有任何附加模块 )具有大部分的设计能力，组装 能力(人工)和工程制图能力 (不包括 ANSI， ISO， DIN 或 JIS 标准)，并且支持 符合工业标准的绘图仪 (HP，HPGL)和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。 Pro/Engineer 功能如下： （1） 特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）； （2） 参数化（参数 =尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）； （3） 通过零件的特征值之间，载荷 /边界条件与特征参数之间（如表面积 等）的关系来进行设计。 （4） 支持大型、复杂组合件的设计 (规则排列的系列组件，交替排列， ProPROGRAM 的各种能用零件设计的程序化方法等 )。 (5) 贯穿所有应用的完全相关性 (任何一个地方的变动都将引起与之有关的 每个地方变动 )。其它辅助模块将进一步提高扩展 ProENGINEER 的基本功能。 目前 Pro/E 最高版本为 2008 年 1 月发布的 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0(野 火 4.0)。 1 1 参参数数化化设设计计和和特特征征功功能能 Pro/Engineer 是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人 员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 12 页 共 41 页 以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未 有过的简易和灵活。 2 2 单单一一数数据据库库 Pro/Engineer 是建立在统一基层上的数据库上，不 像一些传统的 CAD/CAM 系 统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使 得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在 整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。 例如，一旦工程详图有改变， NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有 任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的 完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质 量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 13 页 共 41 页 第二章第二章 减速器设计减速器设计 2.12.1 机械传动装置设计机械传动装置设计 执行机构需由原动机输入动力才能工作。一般来说，原动机与执行机构直接相联 的情况较为少见。通常是在二者之间设置一中间装置，此中间装置称为传动装置。在 机械中，传动装置的功用是根据执行机构的工作要求，实现减速、增速、变速、改变 运动形式或方位等。工程实践表明，传动装置常是机械中的重要组成部分，在整机的 成本和重量中占有很大的比重，并在很大程度上决定整机的技术性能和运转费用。因 此，正确设计传动装置对保证整机的技术性能和质量指标具有相当重要的意义。 机械传动装置设计的一般步骤是：选择机械传动型式，计算各轴的运动和动力参数，传动零件（如 带传动、齿轮传动和/或链传动、联轴器等）的设计计算，减速器部件（或其他部件）的结构设计 与装配图绘制，主要零件（轴、齿轮、箱体等）结构设计与工作图绘制。 2.1.12.1.1选择传动型式的基本原则选择传动型式的基本原则 一般来说，传动装置的设计要求是：传动链短、传动效率高、不同类型机构在传 动链中的位置顺序安排合理、传动比分配合理，此外还要考虑传动的输出运动与执行 机构输入运动的匹配等问题。选择传动型式的基本原则如下： 1 1简化传动环节简化传动环节 在保证实现机器的预期功能的条件下，传动环节即运动链应尽量简短。因为运动 链越短，使用的机构和零件数就越少，制造和装配费用就越低；同时，传动的环节减 少后降低了能量的损耗，使机器的效率也得以提高。此外，传动环节减少，使机器的 累积误差减小，有利于提高机器的传动精度。 2.2.提高传动效率提高传动效率 机械传动系统的总效率与其各个运动链的效率有关，而各个运动链的效率又决定 于其中各传动机构的效率。因此，当系统中任何一个传动型式具有较低的传动效率时， 将导致总效率的下降。系统中各个运动链传递功率的大小往往相差很大，对于传递功 率比较大的运动链，选择传动机构时应考虑尽量选取效率较高的传动机构；对于传递 功率较小的运动链，选择传动机构时可以着眼于满足其它方面的要求，对效率的高低 可放在次要地位置考虑。 必须注意，减速比很大的机构往往效率较低，因此，若传递功率较大的运动链中需要 用这类机构时，应注意适当选取机构的基本参数，以保证有高的传动效率。 3 3合理安排传动机构的顺序合理安排传动机构的顺序 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 14 页 共 41 页 安排多级传动的顺序时，应注意下列各点： l）摩擦传动（如带传动、摩擦轮传动等）的承载能力一般较低，在传递相同的转 矩时其结构尺寸大于啮合传动，故在多级传动中宜置于高速级，又因其工作平稳性好， 放置于高速级还能起减振缓冲作用。 2）链传动具有固有的运转不均匀特性，冲击甚大，故宜置于低速级。 3）考虑到大尺寸、大模数的圆锥齿轮加工比较困难，故在多级传动中宜置于高速 级，但这时圆周速度较大，需提高制造精度，故导致成本提高。 4）斜齿传动的工作平稳性优于直齿传动，相对来说应置于高速级。 5）啮合传动中的蜗杆传动多用于大传动比和中小功率场合，其承载能力一般较齿 轮传动为低，为获得较小的结构尺寸，宜置于高速级。 6）改变运动形式的传动和机构（如螺旋传动、连杆机构、凸轮机构）应布置在多 级传动中的最后一级，即靠近执行机构。 7）对于 NGW（2KH）型和 N（KHV）型内啮合行星传动，因具有承载能力高 而结构尺寸小、效率高而传动比大的特性，故在多级传动中可置于低速级。 必须强调指出，上述诸点仅为一般建议而不是固定不变的。例如某些高精度的机器， 有将带传动置于最后一级的低速级，目的是因其吸震特性改善运转精度；在机床分度 传动系统中，最后一级却是蜗杆传动；在焊接用设备中，工作台传动系统的最后一级 采用圆锥齿轮传动并非鲜见。总之，应视具体情况具体分析，必需结合整机总体布置、 技术性能要求、制造和装配条件、原材料供应情况、工作环境状况、维护和修理等因 素，综合分析比较确定。 4 4合理分配传动比合理分配传动比 由原动机的输出转速n和执行机构的输入转速nw，可求出传动系统的总传动比 i，然后分配给各级传动。即 1 2n w n iiii n 式中：1 2 , n i ii 分别为各级传动的传动比。 合理地分配传动比，是传动系统设计中的一个重要问题。它将直接影响到传动系 统的外廓尺寸、重量、润滑及传动机构的中心距等很多方面，因此必须认真对待。 具体分配时应注意以下几点： 1）选取每一级的传动比时，其值应在常用的范围内，在特殊情况下也可以超过所 允许的最大值。各类传动的传动比荐用值和最大值见表 24。 2）分配传动比应注意使各传动件的尺寸协调、结构合理、避免各零件干涉与安装 不便。例如在图 2-1 所示的带传动圆柱齿轮传动中，第一级带传动的传动比不要过 大（通常小于齿轮传动的传动比） ，否则可能会使从动大带轮的半径超过齿轮传动装置 输入轴的中心高，造成安装不便或困难。 3）应使传动零件和轴系零件的尺寸保持匀称协调并不得产生干涉现象。例如图 2- 2 所示的双级圆柱齿轮传动中，由于高速级传动比取得过大，致使高速级大齿轮与低速 轴发生干涉，无法安装。 4）当一级传动的传动比过大时，应分成多级传动，以减小尺寸并改善传动性能。 总传动比大于 8 的齿轮传动，采用两级传动时的外廓尺寸和重量要比采用单级传动时 减小颇多（如图 2-3 所示） 。同理，当传动比大于 30 时，宜设计成三级（或以上）传 动。 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 15 页 共 41 页 5）一般说来，在多级传动中，宜使相邻两级传动比的差值不要太大。这样能使输 入轴与输出轴之间的各中间轴获得较高的转速和较小的转矩，从而能使轴和轴上的传 动零件获得较小的尺寸，藉以得到比较紧凑的结构，使所设计的传动系统具有最小的 外廓尺寸。 6) 同类几级传动装置，通常把传动比最大的一级装在转速最低的位置，而其他各 级可在较高的转速下工作。 7) 对于设计成独立部件形式的多级齿轮减速器，各级传动比的分配另有推荐的关 系式。 图 21 带传动圆柱齿轮传动 图 22 高速级大齿轮与低速轴发生干涉 图 23 总传动比等于 8 时单级齿轮传动与两级齿轮传动的外廓尺寸比较 2.1.22.1.2 传动零部件的设计计算传动零部件的设计计算 传动零部件的设计计算的大致步骤是：依据原动机的转速和功率，以及各级传动 的传动比和效率，计算出传动系统中各轴的运动和动力参数（即转速、功率或转矩） ； 依据传动零部件的设计计算准则和公式，确定出其主要几何参数。 各轴运动和动力参数的计算 各轴的运动和动力参数主要是指轴的转速、功率和转矩，它是进行传动零部件设 计计算的重要依据。现以图 2-4 所示的双级圆柱齿轮减速器为例，说明机器传动系统 各轴的转速、功率及转矩的计算。 6 1 5 2 3 4 7 10 9 8 11 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 16 页 共 41 页 图 2-4 双级圆柱齿轮减速器简图 电动机轴；2高速轴；3中间轴；4低速轴；5工作机轴；6电动机； 7带传动；8高速齿轮传动；9低速齿轮传动；10联轴器；11工作机 1.1.传动方案：传动方案：展开式二级圆柱齿轮减速器。 2.2.选择电机：选择电机： 1、类型：Y 系列三相异步电动机； 2、型号： 工作机所需输入功率：; 2.87 1000 W W Fv PkW 电机所需功率：; 123 3.15 WW d PP PkW 其中，为滚筒工作效率，0.96 W 为高速级联轴器效率，0.98 1 为两级圆柱齿轮减速器效率，0.95 2 为高速级联轴器效率，0.98 3 电机转速选：1500；n/minr 所以查表选电机型号为：Y112M-4 电机参数： 额定功率：4Kw m p 满载转速：1440 m n/minr 电机轴直径： 0.009 0.004 28 mm m d 3.3.传动比分配：传动比分配： （） 1 2 1440 13.5 106.5 m w n iii n 总 60 1000 106.5 /min w v nr D 其中： 为高速级传动比，为低速级传动比，且， 1 i 2 i 12 (1.31.5)ii 取，则有：； （8） 12 1.5ii 12 4.5,3ii 4.4.传动装置的运动和动力参数传动装置的运动和动力参数 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 17 页 共 41 页 1、电机轴：； 3.15 md PPkW ； 1440 /min m nr ； 3.15 9550955020.89 1440 m m m P TN m n A 2、高速轴：； 1 3.087 m PPkW 联 ； 1 1440 /min m nnr ； 1 1 1 3.087 9550955020.473 1440 P TN m n A 3、中间轴：； 21 3.01PPkW 承齿 ； 211 /1440/4.5320 /minnnir ； 2 2 2 3.01 9550955089.83 320 P TN m n A 4、低速轴：； 32 2.935PPkW 承齿 ； 322 /320/3106.7 /minnnir ； 3 3 3 2.935 95509550262.7 106.7 P TN m n A 5、工作轴：； 3 2.876 o PPkW 联 ； 3 106.7 /min o nnr ； 2.876 95509550257.4 106.7 o o o P TN m n A 5.5.齿轮设计齿轮设计（课本 p175） 高速级（斜齿轮）高速级（斜齿轮）： 设计参数： 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 18 页 共 41 页 1 1 1 2 1 3.087; 20.473; 1440 /min; 320 /min; 4.5; 19200 PkW TN m nr nr i h A 寿命t 1、选材： 大齿轮：40Cr，调质处理，硬度 300HBS； 小齿轮：40Cr，表面淬火，硬度 4050HRC。 2、确定许用应力： 1）许用接触应力： limHb HHL H K S 而： 222 lim 1 1720/(17 4820)/836/ Hb HRCN mmN mmN mm 222 lim 2 269/(2 30069)/669/ Hb HBSN mmN mmN mm 因为，所以，只需考虑。 lim 2lim 1HbHb 2 H 对于调质处理的齿轮，。1.1 H S ； 8 22 6060 320 192003.69 10 H Nn th 查表（HBS 为 300）有循环基数，故，所以， 7 0 2.5 10 H N 02HH NN 。1 HL K 2 lim 2 669 608/ 1.1 Hb HHL H KN mm S 2 2）许用弯应力： limFb FFcFL F K K S 查表有： 2 lim 1 600/ Fb N mm 2 lim 2 1.81.8 300540/ Fb HBSN mm 取，单向传动取，因为，2 F S 1 Fc K 86 0 3.69 104 10 FVHF NNN 所以取，则有：1 FL K 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 19 页 共 41 页 2 lim 1 600 300/ 2 Fb FFcFL F K KN mm S 1 2 lim 2 540 270/ 2 Fb FFcFL F K KN mm S 2 3）齿轮的工作转矩： 1 1 1 3.087 9550955020.473 1440 P TN m n A 4）根据接触强度，求小齿轮分度圆直径： 1 1 3 12 1 1 d dH T K i dK i 其中，（钢制斜齿轮） ，。 32 73/ d KN mm 1 1,1.17,4.5 d Ki 1 1 3 3 12 2 1 120473 1.17 4.5 1 7331.35 1 6084.5 d dH T K i dKmm i 所以，取 ，则有 11 41,20,2 n dmm zmmm 1 21 1 41 90 d bdmm zz i 1 1 1 12 2 2 cos ()12.7 ()112.75 2cos 184.5 cos n n n m z d m azzmm m z dmm 5）验算接触应力： 1 1 3 11 2 1 V HHE d T K K i Z Z Z di 其中，取 1.76cos1.72; 1 0.78; H a Z Z K 12 11 1,1.883.2() cos1.64 a K zz 2 271/ E ZN mm 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 20 页 共 41 页 而，齿轮圆周速度为： 1 1 41 1440 3.09/ 60 100060 1000 d n vm s 故，（7 级精度） ，1.12 HV K 所以，最终有， 22 2 354.65/608/ HH N mmN mm 6）验算弯曲应力： 1 2 1 2 V FF dn T K K Y dm 其中，（x=0） 11 22 20,4.15 90,3.75 F F zY zY 2 1 1 2 2 2 300 72.23/ 4.15 270 72/ 3.75 F F F F N mm Y N mm Y ，所以应验算大齿轮的弯曲应力 12 12 FF FF YY 12 22 222 1 2 2 20473 1.17 1.12 3.7559.8/ 411 2 V FFF dn T K K YN mm dm 低速级（直齿轮）：低速级（直齿轮）： 设计参数： 1 1 1 2 2 3.01; 89.83; 320 /min; 106.7 /min; 3; 19200 PkW TN m nr nr i h A 寿命t 1、选材： 大齿轮：40Cr，调质处理，硬度 300HBS； 小齿轮：40Cr，表面淬火，硬度 4050HRC。 2、确定许用应力： 1）许用接触应力： limHb HHL H K S 而： 222 lim 1 1720/(17 4820)/836/ Hb HRCN mmN mmN mm 222 lim 2 269/(2 30069)/669/ Hb HBSN mmN mmN mm 陕西理工学院毕业论文（设计） 第 21 页 共 41 页 因为，所以，只需考虑。 lim 2lim 1HbHb 2 H 对于调质处理的齿轮，。1.1 H S ； 8 22 6060 106.7 192001.23 10 H Nn th 查表（HBS 为 300）有循环基数，故，所以， 7 0 2.5 10 H N 02HH NN 。1 HL K 2 lim 2 669 608/ 1.1 Hb HHL H KN mm S 2 2）许用弯应力